La sostenibilità è un tema cruciale per il futuro del pianeta ed è il filo conduttore che muove l’evoluzione tecnologica della nostra epoca. Il settore delle infrastrutture stradali si trova ad affrontare sfide importanti. Le autostrade, che costituiscono una parte fondamentale della rete di trasporto sia a livello nazionale che europeo, sono impegnate in un processo di trasformazione che porta ad una riduzione dell’impatto ambientale ed allo stesso tempo al miglioramento delle performance oltre che all’ottimizzazione delle risorse. La manutenzione delle infrastrutture stradali e autostradali in particolare è un compito complesso, che implica assicurare comfort e sicurezza anche alle alte velocità e, parallelamente, garanzia di fluidità al traffico veicolare. Studi condotti sull’asset gestito da Autostrade per l’Italia, il maggiore gestore di autostrade in Europa, evidenziano incrementi del traffico pesante e una modifica dello spettro che mostra come sia aumentata fino a circa l’80% la classe di mezzi con por tata superiore alle 40 t.
Questo, combinato con le modifiche sugli pneumatici introdotte dalla logistica, si concretizza in un incremento dello sfruttamento della sovrastruttura stimabile in circa il 30%. In un siffatto contesto, le priorità delle strategie manutentive devono mirare al miglioramento della performance ed alla riduzione dell’impatto sul traffico.
Con questo obiettivo, Autostrade per l’Italia, dal 2020, con la supervisione scientifica dell’Università Politecnica delle Marche (UNIVPM) e la collaborazione di Movyon e Amplia Infrastructures, società del gruppo, ha lanciato un ambizioso programma di ricerca denominato HiPER (acronimo di Highway Pavement Evolutive Research). Si tratta di una struttura evoluta di manutenzione, ideata per ottimizzare le strategie di mantenimento selezionando i migliori interventi, in base alle condizioni delle pavimentazioni e alle risorse disponibili.
HiPER adotta un approccio integrato alla manutenzione, puntando a una comprensione approfondita delle caratteristiche delle pavimentazioni e a una analisi delle soluzioni tecnologiche e dei materiali più compatibili che, integrandosi, alimentano l’applicativo di asset management E-PMS (Evolutive Pavement Management System) capace di identificare tempistiche e soluzioni d’intervento mirate a potenziare l’efficacia della manutenzione.
ASSET MANAGEMENT: PAVEMENT MANAGEMENT SYSTEM (E-PMS)
L’E-PMS supporta il gestore nella definizione dei piani annuali di manutenzione utilizzando algoritmi predittivi che correlano i vari parametri prestazionali, raccolti tramite strumenti ad alte prestazioni, con i dati relativi al traffico. Grazie all’impiego di intelligenza artificiale e a sistemi innovativi di monitoraggio delle performance delle pavimentazioni – come i veicoli ad alto rendimento – è stato possibile costruire un sistema capace di stimare la vita utile residua delle infrastrutture e ottimizzare gli interventi di manutenzione, assicurando benefici in termini di sicurezza, sostenibilità ambientale e miglioramento dell’efficienza operativa.
L’E-PMS è quindi un programma di analisi continuativo e periodico dello stato della pavimentazione stradale, che consente di passare dallo screening prestazionale dell’intera rete alla progettazione e pianificazione degli interventi e alla definizione di piani di manutenzione che tengano in considerazione aspetti tecnici e di allocazione delle risorse. L’E-PMS fornisce al gestore una proposta manutentiva che specifica le progressive di inizio e fine dell’intervento da pianificare, le caratteristiche prestazionali della pavimentazione che richiedono l’intervento e quando pianificare l’attività in base alla vita utile residua del tratto da sottoporre a manutenzione.
Gli elementi chiave dell’E-PMS possono essere riassunti in: Definizione delle sezioni omogenee Le serie di dati rilevati dai mezzi ad alto rendimento vengono elaborate statisticamente in modo da definire le cosiddette sezioni omogenee per ogni caratteristica prestazionale.
Tale analisi consente di pianificare una manutenzione programmata più efficace, mirata alle specifiche esigenze di ciascun tratto autostradale. Leggi di decadimento I modelli di previsione e le curve di decadimento rappresentano un aspetto cruciale e l’elemento distintivo dell’applicativo sviluppato per Autostrade per l’Italia.
I molteplici fattori di influenza nell’evoluzione dello stato delle pavimentazioni, quali volumi di traffico, condizioni ambientali, struttura della pavimentazione e pregresse strategie manutentive, hanno determinano la necessità di impostare diverse curve di degrado per ogni sezione di traffico.
All’interno dell’E-PMS sono state quindi implementate, come possiamo vedere nella figura 5, curve di decadimento parametriche definite ad hoc per il contesto autostradale e per ciascuna delle caratteristiche prestazionali della pavimentazione. Le curve di decadimento permettono di stimare la vita residua per sezioni omogenee precedentemente individuate. Tramite il calcolo della vita residua, si riesce a perfezionare il dimensionamento degli interventi e, con l’obiettivo di anticipare la risoluzione di dissesti di prossima manifestazione, garantire comfort all’utenza e ottimizzazione della gestione delle risorse. Proposta piano di manutenzione.
L’ultima fase di elaborazione consiste nella definizione di una proposta di piano di manutenzione da sottoporre alla validazione del gestore. L’E-PMS, grazie a trigger modulabili (es. vita residua, budget a disposizione, pesi indicatori, lunghezza sezioni di intervento, impatto ambientale, etc.), permette di stimare un piano di manutenzione ad hoc per il contesto autostradale analizzato e conformato allo specifico approccio manutentivo che si ritiene di adottare.
Indice EAR- Environmental Asphalt Rating All’interno del E-PMS è stato sviluppato un indice innovativo per la valutazione dell’impatto ambientale degli interventi di manutenzione delle pavimentazioni della rete autostradale. L’indice EAR (Enviromental Asphalt Rating) considera tutte le fasi del processo di manutenzione. L’E-PMS consente quindi anche di confrontare impatti ambientali di differenti strategie manutentive.
MISURE AD ALTO RENDIMENTO
Le misure ad alto rendimento sono lo strumento attraverso il quale vengono rilevate le caratteristiche prestazionali delle pavimentazioni e costituiscono elemento primario e imprescindibile dell’analisi dell’E-PMS. Un medico potrà fornire una diagnosi tanto più accurata quanto più numerosi e precisi saranno i parametri che sarà in grado di misurare, nonché la qualità degli strumenti diagnostici utilizzati.
Allo stesso modo, un PMS sarà in grado di definire un piano manutentivo altrettanto preciso quanto più ampie e accurate saranno le caratteristiche valutate e la misura di ciascuna di esse. All’interno del progetto, è stato integrato il parco macchine con un Traffic Speed Deflectometer (TSD) di ultima generazione per il rilievo della capacità portante.
La misura della capacità portante della pavimentazione da parte del TSD è fondamentale per il funzionamento dell’E-PMS. Tramite i dati di portanza si stima la vita residua delle diverse sezioni omogenee in relazione alla risposta strutturale della pavimentazione.
Il progetto HiPER ha anche consentito di indagare l’impiego di pneumatici sensorizzati che sfruttano l’analisi delle vibrazioni radiali determinate dall’interazione pneumatico pavimentazione per definire indici in grado di fornire una caratterizzazione prestazionale delle pavimentazioni.
Inoltre, è stato implementato un sistema di video analisi dei dissesti che consente la definizione di un algoritmo di machine learning per il riconoscimento automatico dei dissesti presenti sulla pavimentazione. Tale algoritmo, analizzando le immagini della pavimentazione, sarà in grado di individuare diverse classi di ammaloramento e definire un indicatore dello stato superficiale della pavimentazione.
Entrambe le tecnologie descritte costituiscono un passaggio indispensabile per estendere la caratterizzazione prestazionale alle corsie di marcia veloce, sorpasso e sorpasso veloce, sulle quali vengono storicamente condotte solo analisi visive e valutazioni sullo storico degli interventi. Infine, per migliorare l’accuratezza delle misure è stata sviluppata una tecnologia di monitoraggio, integrato nella pavimentazione, in grado di acquisire misure “indisturbate” delle principali caratteristiche fisiche. Tale tecnologia si basa su un sistema combinato involucro-sensoristica, in grado di sopportare le sollecitazioni e le temperature tipiche della fase di stesa e si è tradotta nella progettazione e realizzazione di sensori dotati di un sistema di trasmissione dei dati a un sistema di ricezione esterno e autoalimentati attraverso sistemi di accumulo.
Il sistema è pensato per un futuro impiego nelle procedure di calcolo della vita residua della pavimentazione in termini di portanza. La misura diretta della temperatura, acquisita in concomitanza con l’effettivo passaggio del TSD, consentirà infatti un miglioramento della stima della vita residua delle pavimentazioni. È possibile immaginare che a breve, con l’estensione delle funzionalità e dei parametri indagati dai sensori, diventeranno il codice di comunicazione strada-manutentore.
SPERIMENTAZIONE DEI MATERIALI E INNOVAZIONE TECNOLOGICA
Riprendendo il parallelismo con la medicina, una volta effettuata la diagnosi, il recuperò sarà tanto più rapido ed efficace quanto più adeguate saranno le terapie e avanzate le tecniche di cura. Allo stesso modo, il piano manutentivo elaborato da un E-PMS sarà tanto più efficace quanto più ampio sarà il ventaglio di tecnologie e materiali disponibili per l’intervento.
Tramite l’Università Politecnica delle Marche e con il supporto tecnico di Amplia, all’interno di HiPER si è indagata la possibilità di impiegare in ambito autostradale miscele di conglomerato bituminoso ad alto contenuto di fresato d’asfalto prodotte con tecnologia tiepida (WMA) e interventi di risanamento con membrane di geocomposito.
Sin dal 2023, entrambe le tecnologie hanno trovato collocazione negli aggiornamenti delle norme tecniche d’appalto. Infine, tra i primissimi studi condotti sin dal 2020 con l’obiettivo di ricercare una superficie di rotolamento ad aderenza migliorata, è stato sviluppato il Grip Mastic Asphalt (GMA). Si tratta di una miscela realizzata con granella 100% ricavata dalla frantumazione di scorie d’acciaieria. Il GMA garantisce una combinazione ottimale di aderenza e macrotessitura, che, secondo le osservazioni condotte finora, si mantiene stabile nel tempo.
CONCLUSIONI
In ambito autostradale, la manutenzione sostenibile non può che essere una manutenzione ottimizzata, che punti a una progressiva transizione da un approccio reattivo a uno preventivo e che preveda l’uso di tecnologie e materiali sostenibili, performanti e tali da non aumentare la frequenza dei cicli di intervento.
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