Weigh In Motion (WIM) e Structural Health Monitoring (SHM) proteggono le infrastrutture sensibili
I ponti di tutto il mondo possono essere monitorati in modo efficiente con il Weigh In Motion (WIM) e lo Structural Health Monitoring (SHM), prolungandone la vita utile e, nel peggiore dei casi, prevenendone il crollo. Il Gruppo Kistler installa soluzioni di questo tipo in tutto il mondo, sviluppando continuamente i propri sensori e la tecnologia di misura per contribuire alla sicurezza e alla longevità dei ponti nel modo più efficiente possibile. I ponti collegano le persone. Favoriscono la mobilità e consentono un rapido scambio di beni e servizi. Come parte di arterie vivaci che attraversano fiumi, valli, edifici o estuari, stimolano l’impresa e la prosperità. Da quando, nel XIX secolo, è stato possibile calcolare i ponti con sempre maggiore precisione e sono diventati disponibili nuovi materiali – a partire dalla ghisa e dall’acciaio, poi i calcestruzzi armati e precompressi – il numero di ponti costruiti è aumentato in tutto il mondo.
Oggi è evidente che molti di essi sono notevolmente invecchiati. Ciò è in parte dovuto alla loro abbondanza, con numeri a cinque cifre esistenti in molti Paesi industrializzati. È anche dovuto al fatto che, durante il boom edilizio successivo alla Seconda Guerra Mondiale, era impossibile prevedere l’enormità dei volumi di traffico del XXI secolo, volumi che continuano a crescere in molti luoghi.
Queste condizioni portano spesso al crollo dei ponti, nonostante le regolari ispezioni e riparazioni. Il 28 Gennaio 2022 è crollato il Fern Hollow Bridge di Pittsburgh (USA), un ponte in acciaio a tre campate lungo circa 135 m che sovrasta una gola boschiva. Fortunatamente non ci sono state vittime, anche se diversi veicoli, tra cui un autobus, sono stati coinvolti nel crollo. Come si possono evitare incidenti di questo tipo e quali tecnologie sono disponibili per proteggere i ponti in modo più efficace?
Garantire il rispetto dei limiti di peso con Weigh In Motion
Le limitazioni legate alla velocità e al peso dei veicoli si incontrano spesso sui ponti, in particolare quando è coinvolto il traffico pesante. Le sollecitazioni subite dalla struttura aumentano in modo esponenziale con l’aumentare del peso dei veicoli, e in particolare i camion e i veicoli commerciali pesanti causano sollecitazioni eccessive a strade e ponti. Tuttavia, le limitazioni di velocità e di peso hanno purtroppo un effetto limitato, poiché spesso non vengono rispettate. Un sistema Weigh In Motion è particolarmente efficace per garantire la conformità alle Normative. Oltre a misurare il peso complessivo del veicolo, i sensori integrati direttamente nella superficie stradale determinano anche la reale entità dei carichi significativi sugli assi.
Ciò avviene nel traffico in movimento a velocità normale (traffico pesante fino a 120 km/ora, furgoni fino a 140 km/ora) e su più corsie. Ne derivano tre vantaggi specifici che contribuiscono a un’efficace protezione dei ponti:
- l’acquisizione dei dati relativi al peso dei veicoli fornisce una base accurata per calcolare il carico effettivo sul ponte e la vita utile residua (invece di stime);
- ai veicoli sovraccarichi che superano il peso complessivo consentito può essere impedito di attraversare il ponte (la cosiddetta preselezione). È possibile anche la riscossione di tasse, a seconda della Legislazione nazionale del paese in questione;
- il sistema WIM può essere combinato con altri sensori e telecamere per rilevare, ad esempio, la velocità, le condizioni degli pneumatici e le dimensioni del veicolo, contribuendo così ad aumentare la sicurezza stradale sul ponte.
Weigh In Motion per un’efficiente protezione dei ponti internazionali
I sistemi Weigh In Motion della serie KiTraffic di Kistler vengono impiegati per questo motivo su molti ponti in tutto il mondo, raccogliendo dati sul traffico e garantendo il rispetto delle norme vigenti. Dall’estate 2018 un sistema WIM di Kistler monitora lo spettacolare ponte El Carrizo in Messico. I veicoli sovraccarichi vengono preselezionati e viene loro impedito di attraversare la struttura che, con i suoi 226 metri, è il secondo ponte più alto del Nord America.
Anche i ponti più vecchi e piccoli possono essere protetti con i sistemi WIM. Una soluzione di questo tipo è stata utilizzata in Austria per un ponte stradale che attraversa una linea a lunga percorrenza molto trafficata gestita dalle Ferrovie Federali Austriache (ÖBB). A causa della presenza di una segheria nelle vicinanze, il ponte era già stato danneggiato da pesanti trasporti di legname. Le statistiche di KiTraffic hanno permesso di individuare in modo affidabile gli autocarri spesso sovraccarichi e, in collaborazione con le autorità, è stato imposto loro il pagamento di una tassa. Il sovraccarico del ponte si è ridotto di conseguenza in breve tempo.
Il monitoraggio delle condizioni in tempo reale grazie allo Structural Health Monitoring
Nonostante l’utilità dei sistemi WIM nel fornire una moderna protezione dei ponti, essi non possono fornire alcuna informazione sulle reali condizioni della struttura. Per questo motivo, ulteriori tecnologie spesso associate al monitoraggio delle condizioni e al monitoraggio della salute strutturale (SHM) svolgono un ruolo significativo. Ciò comporta l’installazione di sensori in posizioni chiave del ponte per registrare, ad esempio, le vibrazioni o le variazioni del materiale di costruzione. La qualità dei dati è decisiva per un monitoraggio affidabile delle condizioni. L’intera catena di misurazione, dal sensore al software, deve essere esaminata a questo proposito per garantire che ciò che viene visualizzato sul monitor sia la rappresentazione più accurata possibile di ciò che sta accadendo sul ponte e, di fatto, “nel” ponte. Per quanto riguarda il monitoraggio in tempo reale, è necessario prestare particolare attenzione alla trasmissione del segnale e all’acquisizione dei dati di alta qualità.
Oltre ai sensori di deformazione e agli accelerometri come singoli componenti, il Gruppo Kistler fornisce anche soluzioni complete, dal sensore al cloud. Gli accelerometri K-Beam di Kistler sono stati installati nelle pile del Great Belt Bridge in Danimarca, una struttura che dal 1998 attraversa lo stretto del Great Belt nel Mar Baltico. Questi sensori compatti registrano continuamente e in tempo reale le variazioni della frequenza naturale che potrebbero indicare un possibile deterioramento delle condizioni del ponte. Sempre più spesso vengono utilizzati anche sistemi “chiavi in mano” che comprendono la tecnologia dei sensori, il sistema di acquisizione dati KiDAQ e un cruscotto software personalizzato. Soluzioni di questo tipo consentono alle autorità e ai proprietari di ponti di monitorare le condizioni di queste strutture in modo continuo e affidabile, e forniscono un supporto nella pianificazione di tutto, dalla gestione della manutenzione alle nuove costruzioni.
