Dagli Stati Uniti il sistema di monitoraggio infrastrutture che si autoalimenta

Dagli Stati Uniti il sistema di monitoraggio infrastrutture che si autoalimenta

monitoraggio infrastrutture

Quello delle strutture vetuste e della loro manutenzione è un problema che anche oltreoceano stanno cercando di risolvere.

L’età delle infrastrutture, l’aumento di veicoli che le percorrono, il degrado, le azioni provocate da agenti atmosferici e la scarsa manutenzione, sono alcuni dei principali aspetti da tenere sotto controllo e che se trascurati potrebbero divenire cause di collasso.

L’obiettivo della ricerca elaborata e messa in atto dalle università statunitensi, Michigan State University e Washington University di St. Louis, è quello di testare i sensori in grado di autoalimentarsi e funzionare senza batterie, posizionati sul ponte Mackinac nel Michigan, una struttura sospesa inaugurata nel 1957 che compirà 62 anni il 1°novembre 2019.

L’età del ponte e le continue sollecitazioni dovute all’azione del vento sono aspetti rilevanti che richiedono importanti investimenti in manutenzione motivo per il quale, la struttura progettata dall’architetto David B. Steinman, è stata oggetto dello studio.

La campata principale del ponte Mackinac raggiunge i 1.158 metri e solo nel mese di luglio scorso è stata attraversata da più di 600 mila veicoli. Certamente si tratta di un forte stress per una struttura progettata più di 60 anni fa verso la cui utenza è necessario garantire la sicurezza.

A tal proposito il ponte è stato dotato di sistemi di monitoraggio infrastrutture alimentati dalle vibrazioni del traffico in grado di rilevare i guasti del ponte prima che si verifichino. I primi 20 sensori smart sono stati installati nel 2016 nell’ambito di un progetto sponsorizzato dalla Federal Highway Administration e seguito dalla University of Southern California.

A seguito dei risultati ottenuti da questo primo test, è stata intrapresa una seconda fase di istallazione di ben 2 mila micro sensori smart. Il progetto di monitoraggio infrastrutture messo in atto, rende al ponte meglio conosciuto dai Michiganders come “Migthy Mac”, il primato di struttura interamente dotata di sistema di monitoraggio in grado di autoalimentarsi attraverso gli impercettibili movimenti, quali vibrazioni o valori di deformazione, eliminando così la necessità di una batteria tradizionale.

Bob Sweeney, segretario esecutivo della Mackinac Bridge Authority, ha dichiarato che l’innovativo e tecnologico sistema di monitoraggio infrastrutture sarà di grande aiuto nella gestione della manutenzione: “manteniamo e ispezioniamo meticolosamente il ponte ogni anno e sensori come questi completeranno i nostri sforzi, dandoci ancora più informazioni sulle condizioni del ponte per aiutarlo a mantenerlo ben mantenuto e sicuro per molti anni a venire”.

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Come funziona l’innovativo sistema di monitoraggio infrastrutture?

Il professore Shantanu Chakrabartty e la ricercatrice Silvia Zhang, del dipartimento dei sistemi elettrici ed ingegneristici della School of Engineering & Applied Science della Washington University di St. Louis, descrivono il funzionamento dei sensori smart installati sul ponte del Michigan, che saranno in grado di garantire una migliore conservazione delle infrastrutture quali strade, ferrovie, edifici e ponti, assicurando così una maggiore sicurezza verso le persone.

Con l’istallazione dei micro sensori smart, collegati alla rete internet, è possibile recuperare i dati che poi verranno caricati nei cloud.

Questi sensori, privi di batteria, monitorano di continuo lo stato di salute delle strutture ed il loro posizionamento consente, nel caso di eventi rari quali terremoti, esplosioni, inondazioni e persino attacchi terroristici, di individuare quale parte della struttura è coinvolta e richiede un intervento prioritario nella gestione dell’emergenza.

L’obiettivo dei sensori smart è quello di monitorare i componenti critici della struttura per poi inviare le informazioni ai dispositivi tra i quali smartphone e droni sfruttando le tecnologie NFC, Radar e UHF, quindi raccoglierle in cloud per poi essere elaborate mediante software dedicati all’analisi e alla progettazione strutturale (Fig.1).

Monitoraggio infrastrutture

Fig.1_Il diagramma mostra come funzionerà il sistema di sensori intelligenti. Una volta integrati, i sensori possono raccogliere le informazioni condivise con una rete di cloud computing. Ciò consente di stabilire meglio le priorità di manutenzione e riparazione, consentendo di intervenire nell’immediato sulle esigenze più critiche_ ©engineering.wustl.edu

Tra gli aspetti di maggiore innovazione vi sono: la semplicità di posizionamento ed i costi dei sensori. Difatti questi possono essere prodotti a un costo così basso che un gran numero di questi dispositivi può essere incorporato nel calcestruzzo. La nuova sovvenzione NSF -Network of Earthquake Engineering Simulation dell’Università del Nevada-Reno, finanzierà la costruzione di una struttura virtuale basata su cloud per i sensori, consentendo loro di interfacciarsi con una rete wireless in modo che le loro informazioni possano essere raggiunte in modo rapido ed efficiente in caso di emergenza. La nuova rete andrà a supportare e migliorare gli sforzi di manutenzione.

Lo scopo di questo progetto attuato sul Mackinac è quello di perfezionare il sistema di monitoraggio infrastrutture per poi prevedere un’implementazione diffusa su autostrade, strade, ponti, porti, ferrovie, sistemi di produzione dell’energia e aviazione.

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