È cento volte più probabile morire per 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 una probabilità di morte per un crollo in qualsiasi parte del mondo pari a una su cento milioni all’anno.
Il crollo del ponte autostradale di 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 1970 sono tragici promemoria dei rischi connessi alla costruzione di opere pubbliche.
Mehrisadat Makki Alamdari è docente senior presso la Scuola di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università del New South Wales (UNSW Sydney), ha trascorso l’ultimo decennio ispezionando ponti, analizzando i loro dati e trovando metodi più efficienti per eseguire valutazioni sulla salute strutturale per garantire che rimangano sicuri. Lo sviluppo di un sistema di rilevamento montato su veicolo in miniatura che sfreccia sui ponti per creare un’istantanea della loro salute e sicurezza, è uno dei progetti a cui sta lavorando.
Mehrisadat Makki Alamdari ha affermato:
«Tutti i 53.000 ponti australiani – dal porto di Sydney al fiume Swan e tutto il resto – vengono ispezionati visivamente, come minimo, ogni anno, ma i crescenti volumi di traffico e i veicoli più grandi e pesanti hanno aumentato il carico che i ponti devono sopportare. Oggi più che mai, le autorità di regolamentazione e i governi devono fare previsioni affidabili sulla sicurezza dei ponti, che richiedono maggiori risorse e finanziamenti per la loro manutenzione. In tutto il mondo ci sono tantissimi ponti che si stanno deteriorando e che stanno per terminare la loro vita utile, ma le varie autorità stradali non hanno fondi sufficienti per demolire tutti questi ponti e costruirli ex novo».
L’alternativa è prolungare la vita dei ponti valutando regolarmente la loro sicurezza pubblica e riparandoli se necessario, in Australia questo compito è condiviso tra i governi locali e statali. Le modalità di valutazione variano da ponte a ponte. Il metodo più comune, a basso impatto, consiste nell’ispezionare visivamente ogni ponte una volta all’anno o più regolarmente, a seconda dei casi, questo metodo può essere adatto a ponti con volumi di traffico relativamente bassi, ma che dire di una struttura come il ponte del porto di Sydney, attraversato da 58 milioni di veicoli all’anno, o di ponti più vecchi in aree regionali che ora sopportano carichi molto più grandi di quelli per cui sono stati progettati?
Rilevare il pericolo
Le autorità per l’Harbour Bridge e altre strutture iconiche di grandi dimensioni in tutto il mondo, si affidano a una combinazione di ispezioni visive, tecnologie come la TVCC e speciali sensori posizionati a intervalli lungo il ponte. I sensori forniscono un flusso continuo di dati che gli ingegneri utilizzano per identificare eventuali difetti o punti deboli strutturali.
Mehrisadat Makki Alamdari prima di lavorare all’Università del New South Wales UNSW Sydney, è stata ricercatrice per l’Organizzazione per la ricerca scientifica e industriale del Commonwealth (CSIRO), l’agenzia del governo australiano responsabile della ricerca scientifica, ha affermato:
«Analizzando i dati relativi al Sydney Harbour Bridge, in ultima analisi si tratta di osservare i modelli di cambiamento nelle vibrazioni rilevate dai sensori e di intervenire quando necessario, questo metodo è stato utilizzato su grandi infrastrutture iconiche come il Sydney Harbour Bridge e, più recentemente, il Gateway Bridge di Brisbane, oltre a molti ponti in Cina e in tutto il mondo».
Lo studio ha evidenziato che se da un lato questo metodo può significare che i potenziali problemi di sicurezza dovuti all’usura possono essere identificati e affrontati tempestivamente, dall’altro il sistema è costoso e comporta molte spese generali, come il cablaggio, il monitoraggio, il carico elettrico e i sistemi di analisi, per non parlare della sostituzione dei componenti ogni paio d’anni, quando l’esposizione agli agenti atmosferici si fa sentire.
Mehrisadat Makki Alamdari ha detto:
«L’installazione di un sistema di rilevamento completo per un piccolo ponte con una luce di 50 metri, costerebbe circa 200.000 dollari, ma un’amministrazione locale potrebbe disporre di un budget annuale pari solo a un decimo di questa cifra per ogni ponte, per questo, non ha davvero senso dal punto di vista commerciale applicare questo sistema a un gran numero di ponti. Il problema che stiamo affrontando in Australia è che molti di questi ponti deteriorati e di breve durata si trovano in aree regionali, quindi, se i sensori sono troppo costosi e richiedono molta manodopera, e un’ispezione visiva ogni anno potrebbe essere inadeguata, le autorità stradali e gli ingegneri stanno cercando metodi alternativi che siano sostenibili e garantiscano la sicurezza».
Sensori mobili
Mehrisadat 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. Piuttosto che caricare un ponte di costosi sensori, cosa succederebbe se si mettessero dei sensori sui veicoli in miniatura che misurano lo stato del ponte mentre ci passano sopra?
L’idea è stata lanciata per la prima volta più di dieci anni fa, funziona perfettamente sulla carta, ma nessuno l’ha dimostrata nel mondo reale. Mehrisadat Makki Alamdari e i suoi colleghi si stanno avvicinando alla realizzazione di questa idea.
Mehrisadat Makki Alamdari ha affermato:
«Il mio progetto sostenuto dalla borsa di studio Decra (Programma di finanziamento della ricerca per supportare i ricercatori) è quello di trovare tecniche avanzate di elaborazione del segnale per estrarre la risposta alle vibrazioni di un veicolo in movimento e poi costruire un algoritmo guidato dai dati utilizzando l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale per compilare un database sugli indicatori chiave della salute strutturale del ponte. Il mio team, in collaborazione con i partner dell’Università di Kyoto (Giappone), utilizza un ponte strallato con una luce di circa 50 metri per testare un piccolo prototipo di veicolo. Il prossimo passo dei nostri test è quello di introdurre gradualmente danni artificiali nella struttura del ponte e verificare che i nostri segnali rivelino questi danni, semplicemente elaborando la risposta del veicolo».
Il veicolo personalizzato che l’équipe di Mehrisadat Makki Alamdari utilizza per effettuare i test, assomiglia un po’ a un’auto di Formula Uno in miniatura. L’auto è dotata di accelerometri multipli e celle di carico per misurare la risposta dinamica del veicolo quando si muove sul ponte e misurare la forza di interazione tra il veicolo e il ponte.
È presente a bordo anche un sistema di acquisizione dati per registrarli in tempo reale. Il veicolo può raggiungere una velocità di 10 metri il secondo, ma per ottenere i migliori risultati i test dimostrano che la velocità del veicolo dovrebbe essere mantenuta a circa 2 metri il secondo.
Mehrisadat Makki Alamdari ha affermato:
«L’auto si muoverà avanti e indietro molte volte per raccogliere una serie di dati sul ponte, una volta raccolti i dati, questi verranno analizzati offline in ufficio per vedere se ci sono anomalie rispetto allo stato di riferimento».
Un ponte verso il futuro
Finora questa tecnologia di sensori mobili per ponti ha dimostrato di essere molto promettente, ma è improbabile che sia disponibile in commercio tra due anni, al termine della borsa di studio Decra di Mehrisadat Makki Alamdari.
Mehrisadat Makki Alamdari ha detto:
«In laboratorio abbiamo dimostrato di poter monitorare lo stato di salute del ponte utilizzando questa tecnologia, 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 un aspetto che intendo esplorare per vedere quanto possiamo ridurre il divario tra i nostri test di laboratorio e quelli sul campo. Spero che i veicoli sensori mobili possano essere disponibili in commercio entro la fine del decennio. Per raggiungere il livello richiesto occorre lavorare molto in termini di avanzamento e messa a punto dei parametri dell’algoritmo e di aumento della sensibilità dei sensori. Tutte questi riferimenti devono essere perfetti per garantire che la tecnologia funzioni nel modo in cui intendiamo».