Dai test condotti si è potuta constatare la perfetta corrispondenza tra la forma della curva di deformazione imposta al travetto e quella letta da parte del sistema di monitoraggio installato; i valori di deformazione non sono gli stessi in quanto i sensori FBG sono stati posizionati a profondità differenti rispetto ai trasduttori LVDT della macchina.
I campi prova in vera grandezza
L’obiettivo successivo della ricerca è stato quello di verificare l’efficacia di questo sistema innovativo in un campo prova in vera grandezza sollecitato dal passaggio di reali carichi di traffico, in modo tale da verificare dapprima il comportamento durante le usuali operazioni di stesa e compattazione e successivamente la risposta dei sensori al transito di svariati mezzi quali autovetture, camion a quattro assi, autoarticolati, pale gommate. Il campo prova, realizzato presso la sede dell’Impresa Bacchi Srl di Milano, è stato pensato e costruito con la conformazione di dosso stradale in conglomerato bituminoso e installato immediatamente prima della pesa dell’impianto in modo tale da avere una perfetta corrispondenza tra i mezzi registrati dal sensore e l’effettivo peso degli stessi.
Le letture eseguite con il sistema FBG hanno rilevato dei valori di deformazione compatibili con quelli stimati mediante modellazioni numeriche riferite alla stratigrafia specifica del campo prova e hanno mostrato, inoltre, un’ottima accuratezza e ripetibilità della misura.
Si è potuto constatare come il sistema fosse perfettamente in grado di sopravvivere alle fasi di installazione, come fosse adatto a rilevare il transito di svariati mezzi e come possedesse una accuratezza tale da poter rilevare anche le minime variazioni tra i carichi agenti su ogni singolo asse.
Applicazioni significative
A valle della fase di sperimentazione sono state eseguite significative installazioni in importanti contesti, sia di ambito autostradale che aeroportuale, tra questi si citano: l’Autostrada A4 Milano-Torino e l’aeroporto di Milano Linate-raccordo Tango. L’applicazione più rilevante in ambito autostradale è rappresentata dalla realizzazione di quattro portali di monitoraggio sulla corsia di marcia lenta dell’Autostrada A4, sulla carreggiata Torino-Venezia, presso la Direzione di Tronco a Novate Milanese (attività svolta in collaborazione con la Pavimental SpA). In tale circostanza, il sistema FBG è stato utilizzato come strumento per il confronto tra quattro differenti pavimentazioni in conglomerato bituminoso sollecitate con il medesimo carico; il tutto strumentando la corsia di marcia lenta con i portali di misurazione.
Gli Autori, un volta effettuata la taratura del sistema (attraverso misure comparate con quelle derivanti da diverso dispositivo e ovviamente in presenza di carichi noti), mediante l’analisi delle deformazioni registrate dai portali FBG sono stati in grado di valutare lo stato tensionale di ogni sovrastruttura in esercizio e pervenire poi, dopo debita elaborazione, all’esame complessivo delle prestazioni, anche a fatica, di ciascun pacchetto.
In ambiente aeroportuale, l’intervento di recente applicazione eseguito sul raccordo Tango dell’aeroporto di Linate in corrispondenza del punto attesa T1 (attività svolta in collaborazione con Impresa Bacchi Srl) rappresenta, in tale ambito, il primo e unico sistema di monitoraggio con tecnologia FBG realizzato all’interno di una pavimentazione in conglomerato bituminoso.
Il sistema, posizionato a una profondità di 5 cm, consta di 40 sensori per la lettura delle deformazioni e due sensori per la rilevazione della temperatura. La larghezza di monitoraggio è di 11,70 m (di cui 2,60 m a Nord della centerline e 9,40 a Sud della stessa) con una spaziatura tra i sensori di 30 cm. Tale configurazione consente di rilevare il carrello anteriore e posteriore di qualsiasi velivolo, dal più piccolo aereo dell’aviazione generale all’aereo critico di progetto (B747).
La rilevazione e l’elaborazione dei dati avvengono nella cabina Sud dell’aeroporto (a circa 600 m dal punto di installazione) dove convergono i filamenti di fibra ottica e dove è alloggiato l’interrogatore.
I sensori FBG sono stati posizionati appositamente dopo le microonde del punto attesa T1 in modo tale da avere un perfetto riscontro e una verifica reciproca dei due sistemi. Grazie all’elaborazione dei dati acquisiti, è possibile esaminare molteplici aspetti riguardanti i velivoli in transito e la loro interazione con la sovrastruttura, come ad esempio ubicazione, tipologia, peso e conteggio dei carrelli transitati, analisi dello stato di deformazione nell’istante del transito (momento di sollecitazione massima) o continuato nel tempo (analisi durante l’intera vita a fatica della sovrastruttura), anche in relazione alla temperatura interna dello strato. Oltre detti aspetti, di rilievo è il fatto che questa tecnologia, nel dare esatte e complete informazioni sul passaggio degli aeromobili, ha ampie prospettive di utilizzo ai fini della sicurezza aeroportuale (per esempio, infrazione di no entry) in ridondanza con altre tecnologie (infrarossi) oppure in via esclusiva quando altre tecnologie non trovano applicazione in alcune specifiche condizioni applicative.
Conclusioni
La tecnologia delle fibre ottiche incorporate con sensori basati sulla tecnologia Fiber Bragg Grating (FBG), all’avanguardia rispetto a quelle disponibili nel campo dei sistemi di rilievo e misura, si dimostra versatile ed efficace. Peraltro ha ancora ampi margini di crescita.
Sia nei trial test che nelle applicazioni reali questa tecnologia ha dimostrato compatibilità con il conglomerato bituminoso durante sia l’installazione che l’esercizio, oltre che la piena rispondenza a requisiti di precisione ed accuratezza. La valutazione approfondita del comportamento della sovrastruttura durante le diverse fasi del ciclo di vita consentirebbe l’acquisizione di dati utili per una più razionale caratterizzazione delle proprietà meccaniche della pavimentazione stessa.
Ciò permetterebbe, sia in fase progettuale sia in fase manutentiva, di effettuare le dovute valutazioni sul livello prestazionale della sovrastruttura, con ovvi benefici in termini di pianificazione degli interventi. Sono attualmente in corso studi e sperimentazioni da parte degli Autori inerenti altre applicazioni della tecnologia FBG in ambito infrastrutturale.