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Software all’avanguardia per la gestione delle pavimentazioni stradali

Grazie al software PMS - Pavement Management System di ANAS SpA, i piani di manutenzione delle pavimentazioni si possono basare su sistemi e procedure largamente sperimentati sulla rete stradale nazionale di competenza del Gestore

Pavimentazione stradale

Una banca dati delle pavimentazioni stradali

I piani di manutenzione delle pavimentazioni stradali richiedono una corretta acquisizione di tutte le informazioni che concorrono alla scelta degli interventi di manutenzione.

Tali informazioni vengono classificate in due tipologie:

  1. dati di catasto: elementi fisici della rete stradale che sostanzialmente restano invariati nel tempo (i.e. tipo di strada, coordinate geografiche, ponti, viadotti, muri di contenimento, numero di corsie, presenza di segnaletica orizzontale e verticale, ecc.);
  2. dati di stato: caratteristiche, o attributi degli elementi fisici, che cambiano nel tempo (i.e. aderenza, portanza, regolarità delle pavimentazioni, visibilità della segnaletica orizzontale e verticale, ecc.).
Cartesio per il catasto stradale
1. L’apparecchiatura Cartesio per il catasto stradale e i difetti superficiali delle pavimentazioni

I dati di stato delle pavimentazioni sono, a loro volta, classificati in due tipologie:

  1. caratteristiche funzionali: caratteristiche della superficie stradale che determinano la sicurezza ed il comfort di guida (i.e. aderenza, tessitura, regolarità, ecc.);
  2. caratteristiche strutturali: caratteristiche delle pavimentazioni che determinano la resistenza ai carichi e alle sollecitazioni dovute al traffico e alle condizioni ambientali (i.e. tipologia e portanza dei sottofondi e della sovrastruttura, ecc.).

I modelli predittivi e le curve di decadimento

I modelli predittivi delle condizioni delle pavimentazioni descrivono, tramite algoritmi, l’evoluzione nel tempo degli attributi rappresentativi del comportamento della pavimentazione in termini di prestazione, costi, condizioni di stato.

Partendo da un valore di riferimento a una certa data e note le condizioni al contorno e i fattori di influenza – come tipo e volume di traffico, condizioni ambientali, ecc. -, i modelli predittivi forniscono l’evoluzione degli attributi attraverso leggi complesse che non dipendono solamente dallo stato attuale delle pavimentazioni, ma da molti altri fattori che evolvono in maniera difficilmente misurabile e prevedibile.

Il processo di gestione dei dati stradali
2. Il processo di gestione dei dati stradali

I modelli predittivi applicati sono di due tipi:

  • modelli basati su algoritmi, ottenuti analizzando dati sperimentali, che considerano i fattori maggiormente influenti sugli attributi in questione; tali leggi sono applicabili solo in certe condizioni, ad esempio, in presenza di specifici materiali, specifiche condizioni ambientali, ecc.;
  • modelli basati su leggi di regressione ottenute confrontando le misure ripetute nel tempo.

Descrizione generale dei PMS – Pavement Management System

I piani di manutenzione delle pavimentazioni stradali si basano su sistemi e procedure largamente sperimentati sulla rete stradale nazionale gestita dalla Società ANAS SpA. L’intero processo, per ottenere i piani ottimali di manutenzione, viene sintetizzato in Figura 2.

Il processo di gestione dei dati di pavimentazione include:

  • l’acquisizione dei dati stradali per conoscere lo stato delle pavimentazioni, le condizioni di utilizzo (livello di traffico), le caratteristiche tecniche (tipo di pavimentazione, corpo stradale, ecc.);
  • il primo step di analisi dei dati per ottenere, sulla base dei parametri tecnici, gli indicatori di stato delle pavimentazioni stradali;
  • il caricamento dei dati sul database e l’analisi dei dati che include la determinazione dei piani di manutenzione delle pavimentazioni basato sulle impostazioni tecniche e strategiche.

Le condizioni delle pavimentazioni sono rilevate con le apparecchiature ad alto rendimento, CARTESIO per i difetti superficiali delle pavimentazioni, TSD e FWD per la portanza, ERMES per aderenza, tessitura e regolarità, DELPHI per la visibilità notturna della segnaletica orizzontale.

  • Generazione dei tronchi omogene
    3A Generazione dei tronchi omogene
    3A. Generazione, visualizzazione ed esportazione (in file Excel) dei tronchi omogenei
  • Generazione dei tronchi omogene
    3B Generazione dei tronchi omogene
    3B. Generazione, visualizzazione ed esportazione (in file Excel) dei tronchi omogenei

Prima di generare i piani di manutenzione, deve essere impostata la configurazione tecnica e strategica nel sistema PMS:

  • la configurazione tecnica comprende: catalogo difetti, catalogo degli interventi di manutenzione, matrice difetti interventi di manutenzione, estensione minima degli interventi, criteri di raggruppamento degli interventi tra loro vicini, ecc.;
  • la configurazione strategica comprende i dati che definiscono la strategia per generare i piani di manutenzione.

La pre-analisi dei dati

I dati stradali acquisiti (“raw data”) sono inizialmente analizzati (“pre-processing”) con software specifici per ciascun sistema di acquisizione.

Il risultato di queste elaborazioni include:

  • parametri tecnici: CAT, IRI, MPD, IS300, ISFOND, difetti superficiali come buche, fessure, ecc.;
  • dati geometrici e di posizionamento: larghezza, coordinate geografiche (latitudine, longitudine, altezza) ecc.;
  • altri dati utili per valutare l’affidabilità e la possibilità di utilizzo, ad esempio: foto, timestamp, condizioni ambientali, stato delle pavimentazioni (asciutte, umide, ecc.).

Tali dati, prodotti nella fase di pre-processing, sono registrati su file formato standard e sono letti e salvati su database dal software PMS per le successive analisi.

Il sistema PMS consente di trattare i difetti presenti sulla superficie della pavimentazione stradale in due modalità: “modalità sintetica” (condizione sintetica delle pavimentazioni della sezione stradale) e in “modalità di dettaglio” (ciascun difetto è trattato separatamente e posto sulla piattaforma stradale con le relative informazioni di forma, dimensione, posizionamento longitudinale e trasversale, ecc.).

La “modalità di dettaglio” individua anche i piccoli interventi localizzati inclusi nei piani di manutenzione generati automaticamente dal PMS (i.e. sigillatura di lesioni, riparazione localizzata di buche, ecc.). Per la manutenzione dei difetti localizzati, il software ANAS PMS contiene delle funzioni specifiche dedicate.

La determinazione dei tronchi omogenei

Per un utilizzo ottimale dei parametri tecnici, con l’obiettivo di valutare gli interventi di manutenzione, il software ANAS PMS esegue un’analisi standard che consiste nel determinare i “tronchi omogenei”, intervalli in cui i parametri tecnici sono poco dispersi attorno al loro valore medio per cui il tronco omogeneo si considera statisticamente costante.

Il software ANAS PMS include funzionalità per la valutazione automatica dei tronchi omogenei dei parametri tecnici. L’algoritmo di calcolo analizza la distribuzione statistica dei valori dei parametri tecnici (media e deviazione standard). 

Il software ANAS PMS
4. Un esempio di visualizzazione dei dati con il software ANAS PMS

La visualizzazione dei dati

Il software consente di visualizzare tutti i dati caricati nel sistema e di eseguire il confronto dei dati storici. 

La configurazione tecnica

La configurazione tecnica richiede l’impostazione dei seguenti dati:

  1. catalogo dei difetti: definizione dei difetti che devono essere riparati con le informazioni tecniche associate (tipo, gravità, unità di misura, ecc.);
  2. catalogo degli interventi di manutenzione: definizione dei possibili interventi di manutenzione per sanare i difetti definiti, con associate le informazioni tecniche (tipo, costo unitario, durata teorica parametrizzata sui livelli di traffico, applicabilità degli interventi in termini di loro estensione minima, criteri di raggruppamento degli interventi ravvicinati in termini di distanza reciproca, dispersione e quantità minima dei difetti risolti con gli interventi di tipo esteso, ecc.);
  3. matrice di relazione tra difetti ed interventi di manutenzione:
  • matrice dei “Coefficienti di efficacia” di ciascun intervento, per sanare ciascun difetto, conteggiato con valore tra 0 (non efficace) e 100 (efficacia ottimale);
  • matrice di “Coefficienti di utilizzo” di ciascun intervento, per sanare ciascun difetto; essa indica se ciascun intervento può essere preso in considerazione, dalla procedura automatica di generazione dei piani di manutenzione, per sanare il difetto in questione; l’intervallo dei valori varia tra 0 (intervento non utilizzabile per il difetto in questione) e 100 (intervento utilizzabile per sanare il difetto).

La valutazione automatica dei piani di manutenzione delle pavimentazioni stradali

Il sistema ANAS PMS fornisce funzioni di supporto per pianificare la manutenzione delle pavimentazioni stradali, considerando i vincoli economici e le priorità degli interventi.

Il software ANAS PMS genera automaticamente i piani di manutenzione utilizzando la configurazione tecnica, strategica e i vincoli di budget. È possibile generare i piani con differenti impostazioni in relazione al tipo di strada e ai vincoli economici.

I dati possono essere esportati in file Excel con la lista dei difetti e degli interventi, inclusi i dettagli con relativi costi e posizionamento.

Il software ANAS PMS
5. Le funzionalità del software ANAS PMS per la generazione dei piani di manutenzione

L’analisi per la valutazione dei parametri stradali

Alcuni sistemi di misura restituiscono direttamente i parametri rappresentativi dello stato della pavimentazione (i.e. CAT, IRI, RL, ecc.) altri forniscono dati che sono analizzati dal PMS per ottenere i parametri rappresentativi delle condizioni delle pavimentazioni stradali.

Tra questi c’è il sistema laser GOCATOR, installato sul sistema ERMES, che fornisce con alta precisione e risoluzione il profilo trasversale delle pavimentazioni stradali (distanza tra i punti acquisiti pari a 0,1 mm). Questi dati sono analizzati dal PMS per valutare l’indicatore di aderenza con metodi non a contatto; questo indicatore è attualmente in fase di studio sperimentale.

Il sistema GOCATOR è stato installato sul sistema ERMES per calibrare al meglio il nuovo modello di calcolo e avere un confronto, perfettamente allineato, tra i parametri misurati dai due sistemi. 

Conclusioni

L’utilizzo dei criteri prestazionali, nella gestione delle pavimentazioni stradali, risulta sempre più rilevante.

Considerando il progressivo incremento dei dati da gestire, l’utilizzo dei sistemi avanzati PMS rende possibile l’impiego di criteri di manutenzione efficienti, con soluzioni tecniche economiche ottimali.

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