L'auto è dotata di accelerometro multiplo e celle di carico per misurare la risposta dinamica del veicolo una volta che si sta muovendo sul ponte. Credito:UNSW
Hai cento volte più probabilità di morire per essere colpito da un fulmine che per il crollo di un ponte.
Il che è un modo morboso per dire che i ponti sono generalmente strutture molto sicure, con le possibilità di una morte per un crollo in qualsiasi parte del mondo a uno su cento milioni all'anno.
Ma per quanto impressionante sia diventata l'ingegneria moderna, non è una scienza perfetta. Il crollo del ponte dell'autostrada a Genova, in Italia, che ha causato la morte di 43 persone nel 2018, e le 35 persone che hanno perso la vita nel crollo del West Gate Bridge di Melbourne nel 1971 sono tragici promemoria dei rischi connessi alla costruzione di lavori pubblici.
Il Dr. Mehridat Makki Alamdari è docente senior presso la School of Civil and Environmental Engineering, UNSW Sydney. Ha trascorso l'ultimo decennio ispezionando i ponti, analizzandone i dati e trovando modi più efficienti per eseguire valutazioni della salute strutturale per garantire che rimangano al sicuro. Uno dei nuovi progetti a cui sta lavorando è lo sviluppo di un sistema di rilevamento montato su un veicolo che sfreccia sui ponti per creare un'istantanea della loro salute e sicurezza.
Il dottor Makki Alamdari afferma che tutti i 53.000 ponti australiani, dal porto di Sydney al fiume Swan e tutto il resto, vengono ispezionati visivamente almeno ogni anno. Ma l'aumento dei volumi di traffico e veicoli più grandi e pesanti hanno aumentato il carico che ora i ponti devono sopportare. Più che mai, le autorità di regolamentazione e i governi devono fare previsioni affidabili sulla sicurezza dei ponti, che richiedono più risorse e più finanziamenti per la loro manutenzione.
"In tutto il mondo abbiamo così tanti ponti in deterioramento che si stanno avvicinando alla fine della loro vita di servizio, ma le varie autorità stradali non hanno fondi sufficienti per demolire tutti questi ponti e costruirli da zero", afferma il dottor Makki Alamdari.
L'alternativa è prolungare la vita del ponte valutandone regolarmente la sicurezza pubblica e riparandolo secondo necessità. In Australia questo compito è condiviso tra i governi locali e statali.
Il modo in cui vengono valutati varia da ponte a ponte. Il metodo più comune e low-touch consiste nell'ispezione visiva di ogni ponte una volta all'anno o più regolarmente, a seconda del caso. Potrebbero essere ponti adatti che hanno volumi di traffico relativamente bassi, ma che dire di una struttura come il Sydney Harbour Bridge, che è attraversato da 58 milioni di veicoli all'anno, o ponti più vecchi in aree regionali che ora sopportano carichi molto più grandi di quanto fossero stati progettati per?
Percepire il pericolo
Per l'Harbour Bridge e altre iconiche strutture di ponti su larga scala in tutto il mondo, le autorità fanno affidamento su una combinazione di ispezioni visive, tecnologie come CCTV e sensori speciali posizionati a intervalli lungo il ponte. I sensori forniscono un flusso continuo di dati che gli ingegneri utilizzano per identificare eventuali difetti emergenti o punti deboli strutturali.
La dott.ssa Makki Alamdari, che prima di lavorare all'UNSW era ricercatrice presso il CSIRO analizzando i dati sul Sydney Harbour Bridge, afferma che in definitiva si tratta di osservare il cambiamento dei modelli nelle vibrazioni captate dai sensori e quindi agire quando necessario.
"Questo approccio è stato implementato su infrastrutture grandi e iconiche come il Sydney Harbour Bridge e, più recentemente, il Gateway Bridge a Brisbane, così come molti ponti in Cina e in tutto il mondo", afferma il dott. Makki Alamdari.
Sebbene ciò possa significare che potenziali problemi di sicurezza dovuti all'usura possono essere identificati e risolti tempestivamente, il sistema è costoso e comporta molte spese generali come cablaggio, monitoraggio, carico elettrico e sistemi di analisi, per non parlare della sostituzione dei componenti ogni due anni poiché l'esposizione agli elementi ha il suo pedaggio.
Il dottor Makki Alamdari afferma che per un piccolo ponte con una campata di 50 m, l'installazione di un sistema di rilevamento completo costerebbe circa $ 200.000, ma un consiglio locale può avere un budget annuale solo per un decimo di questo per ogni ponte.
"Non ha davvero senso dal punto di vista commerciale applicarlo a un gran numero di ponti. E il problema che stiamo affrontando in Australia è che molti di questi ponti in deterioramento e con campate più brevi si trovano in aree regionali.
"Purtroppo, alcuni camion sovraccarichi effettuano deviazioni su questi ponti regionali per evitare stazioni di pesatura su percorsi più diretti. Ciò può causare danni significativi ai ponti nelle zone rurali che non sono costruiti per sopportare questi carichi."
Quindi, se i sensori sono troppo costosi e laboriosi e un'ispezione visiva ogni anno potrebbe essere inadeguata, le autorità stradali e gli ingegneri stanno cercando metodi alternativi che siano sostenibili garantendo al contempo la sicurezza.
Sensori mobili
La dottoressa Makki Alamdari sta attingendo alla sua esperienza nel monitoraggio della salute strutturale e nell'analisi vibrazionale per sviluppare una nuova tecnologia mobile che trovi un equilibrio tra efficienza ed economia.
Invece di caricare un ponte con sensori costosi, cosa accadrebbe se mettessi sensori su veicoli che misurano lo stato del ponte mentre lo attraversano?
Questa idea è stata lanciata per la prima volta più di un decennio fa e funziona perfettamente sulla carta, ma nessuno l'ha dimostrata nel mondo reale. La dott.ssa Makki Alamdari e i suoi colleghi si stanno avvicinando per vedere che questo diventa una realtà.
"Il mio compito DECRA è di elaborare tecniche avanzate di elaborazione del segnale per estrarre la risposta alle vibrazioni di un veicolo in movimento e quindi costruire un algoritmo basato sui dati utilizzando l'apprendimento automatico e l'intelligenza artificiale per compilare un database sugli indicatori chiave della salute strutturale del ponte", dice.
Il suo team, in collaborazione con i partner dell'Università di Kyoto (Giappone), utilizza un ponte strallato con una campata di circa 50 m, per testare un piccolo prototipo di veicolo.
"Il prossimo passo nei nostri test è introdurre gradualmente danni artificiali nella struttura del ponte e verificare che i nostri segnali rivelino questo danno, semplicemente elaborando la risposta del veicolo."
Il veicolo su misura che il team del Dr. Makki Alamdari utilizza per effettuare i test assomiglia un po' a un'auto di Formula 1 in miniatura.
L'auto è dotata di accelerometro multiplo e celle di carico per misurare la risposta dinamica del veicolo una volta che si sta muovendo sul ponte e per misurare la forza di interazione tra il veicolo e il ponte. C'è anche un sistema di acquisizione dati integrato per registrare i dati in tempo reale. Può raggiungere una velocità di 10 metri al secondo, ma per ottenere i migliori risultati, i test mostrano che la velocità del veicolo dovrebbe essere mantenuta a circa 2 metri al secondo.
"L'auto si sposterà avanti e indietro molte volte per raccogliere un ricco set di dati del ponte", afferma il dottor Makki Alamdari. "Una volta raccolti i dati, verranno analizzati offline in ufficio per vedere se ci sono anomalie rispetto allo stato del benchmark."
Un ponte verso il futuro
È improbabile che questa tecnologia di sensori mobili per i ponti sarà disponibile in commercio al termine della borsa di studio DECRA del Dr. Makki Alamdari tra due anni. Ma finora ha mostrato molte promesse.
"In laboratorio abbiamo dimostrato di poter monitorare lo stato di salute del ponte utilizzando questa tecnologia", afferma.
"Ma sul campo è sempre una storia diversa perché dalla mia esperienza di lavoro sul Sydney Harbour Bridge so che ci sono molte sfide inaspettate. Quindi è qualcosa che esplorerò e vedrò quanto possiamo ridurre il divario tra i nostri prove di laboratorio e sul campo."
Il dottor Makki Alamdari spera che i veicoli con sensori mobili possano essere disponibili in commercio entro la fine del decennio.
"Per portarlo al livello richiesto richiede molto lavoro in termini di avanzamento e messa a punto dei parametri del tuo algoritmo e aumento della sensibilità dei tuoi sensori. Tutte queste cose devono essere giuste per garantire che la tecnologia funzioni nel modo in cui intendiamo ." + Esplora ulteriormente
