Ti sei mai chiesto perché il tuo tragitto giornaliero o di vacanza ha una corsia chiusa per giorni o addirittura mesi alla volta?

Potrebbe essere perché un progetto di costruzione si è concluso prima che il calcestruzzo fosse pronto per assorbire il traffico di camion pesanti, causando il cedimento prematuro della pavimentazione e la necessità di riparazioni più frequenti durante tutto l'anno.

Indiana, il "Crocevia d'America, " sta facendo qualcosa al riguardo:chiedere ai ricercatori di scoprire esattamente quanto tempo impiega il cemento a maturare su un'autostrada.

Il Dipartimento dei trasporti dell'Indiana (INDOT) ha incaricato un team di ingegneri della Purdue University di raccogliere dati sulla maturità del calcestruzzo attraverso progetti selezionati di rappezzatura e pavimentazione delle autostrade. Il team utilizzerà i dati per fornire una nuova raccomandazione basata sull'evidenza sul momento ottimale per aprire il traffico a seguito di un progetto di costruzione.

Le nuove politiche potrebbero far risparmiare milioni di dollari ogni anno, i ricercatori dicono, per non parlare, abbattere il traffico.

Il gruppo, guidato da Luna Lu, professore associato alla Lyles School of Civil Engineering di Purdue, sta raccogliendo dati attraverso sensori il gruppo progettato per monitorare lo sviluppo della resistenza del calcestruzzo in tempo reale attraverso misurazioni di idratazione, rigidità, resistenza alla compressione e altre proprietà del calcestruzzo. Dopo il test, INDOT prevede di adottare i sensori, consentendo loro di vivere permanentemente nelle autostrade e di tenere costantemente informati gli appaltatori sulle difficoltà concrete.

Finora, i ricercatori e gli ingegneri INDOT hanno incorporato i sensori in tre autostrade dell'Indiana:I-70, I-74 e I-465 vicino a Indianapolis. Il team di Purdue sta anche lavorando con la Federal Highway Administration su uno studio di fondo collettivo nazionale per implementare la tecnologia in altri stati. California, Texas, Kansas e Missouri stanno progettando di unirsi allo studio.

"La rappezzatura della pavimentazione in calcestruzzo deve raggiungere un certo livello di resistenza per adattarsi al traffico di camion a causa del carico e della curvatura e deformazione della pavimentazione. Attraverso questi sensori, un appaltatore saprà esattamente quando il calcestruzzo è sufficientemente maturo per sopportare carichi pesanti di camion e lo stress da arricciatura e deformazione, " ha detto Tommy Nantung, responsabile della pianificazione e della produzione di ricerca e sviluppo per INDOT.

Nell'Indiana, Le linee guida del Dipartimento dei trasporti richiedono che alcuni progetti concreti di rattoppi vengano completati entro un certo lasso di tempo in modo che il traffico possa aprirsi. Ma i metodi attuali per determinare gli orari di apertura del traffico sono spesso inaffidabili, provocando la ripresa del traffico prima che il calcestruzzo sia adeguatamente maturato. I metodi possono anche essere inefficienti e costosi, con conseguenti ritardi di costruzione e superamento dei costi.

Un tipo di prova, test di resistenza alla flessione, richiede ai lavoratori edili di gettare e posizionare un pesante, trave di cemento lunga due piedi in loco e quindi trasferirla in un laboratorio mobile in loco o in una struttura fuori sede per sapere se il calcestruzzo è sufficientemente maturo. Il test non mette a rischio solo la sicurezza dei lavoratori, ma è anche impreciso a causa delle differenze tra le condizioni di laboratorio e sul campo.

Un altro metodo, chiamato test di maturità, non è pratico poiché utilizza la temperatura come indicazione di resistenza per ogni tipo di calcestruzzo. Perché ci sono migliaia di diverse miscele di calcestruzzo, questo significa passare attraverso migliaia di diverse curve di correlazione temperatura-resistenza per sapere se il calcestruzzo è maturo. Anche le curve matematiche tendono ad essere fuorvianti a causa dell'influenza della temperatura esterna.

"L'impatto di questo studio può essere rivoluzionario in quanto non richiede alcun test meccanico convenzionale o configurazioni di test costose e pesanti sul campo. Non è necessaria la calibrazione per ogni diverso mix design, " disse Lu, che è anche uno studioso dell'American Concrete Pavement Association in Concrete Pavement and Materials Science.

Il sensore sviluppato dal team di Lu è più preciso perché vive nel cemento. Mentre ogni sensore misura solo un'area di cemento di 11 pollici, è economico incorporare molti dei sensori lungo una sezione di cemento, dice la squadra.

Una patch sensore è incorporata sulla superficie del calcestruzzo. I fili collegano la patch a un sistema di misurazione. Utilizzando un cosiddetto effetto piezoelettrico, la configurazione converte l'energia elettrica in energia meccanica, eccitando il sensore e facendo vibrare il calcestruzzo per rilevarne la rigidità. L'energia meccanica viene quindi riconvertita in energia elettrica. Il sensore misura l'opposizione del calcestruzzo al flusso di elettricità attraverso una lettura dei dati elettrici, fornendo misurazioni accurate di molte proprietà del calcestruzzo contemporaneamente.

I sensori sono protetti dalla corrosione e non facilmente schiacciabili dalle macchine edili. La configurazione consente inoltre di raccogliere dati per anni dopo la posa del calcestruzzo. In contrasto, i metodi di analisi di laboratorio convenzionali raccolgono dati per soli 28 giorni, lasciando lacune nella comprensione di come il cemento si rafforza dopo quel punto.

"Essere in grado di monitorare la resistenza del calcestruzzo per un periodo di tempo più lungo aiuterebbe gli ingegneri a sapere se hanno strade sovra o sottoprogettate e a determinare meglio quando sostituire il calcestruzzo, " disse Lu.

Attualmente, le misurazioni devono essere effettuate ogni ora in loco, ma il team prevede di far funzionare i sensori in modalità wireless in futuro, ad esempio tramite un'app.