Categoria: Infrastrutture, territorio

Un tempo di miscelazione di 16 minuti contro i 180 minuti richiesti dal processo tradizionale: è il dato più significativo emerso da uno studio pubblicato su Construction Materials (Vol. 6, pagine 4, doi: 10.3390/constrmater6010004), firmato da Bahruddin Ibrahim, Zuchra Helwani, Jahrizal, Nasruddin, Arya Wiranata, Edi Kurniawan e Anjar Siti Mashitoh. La ricerca affronta uno dei nodi più ostinati nella produzione di bitumi modificati con gomma naturale, ovvero la difficile miscelabilità del Technical Specification Natural Rubber (TSNR) e dei suoi compound con il legante, con i conseguenti tempi di lavorazione lunghi e costi elevati.

Il bitume 60/70 come plastificante

La proposta degli autori ruota attorno a un’idea semplice nell’impianto ma rilevante nelle conseguenze operative: utilizzare un bitume a penetrazione 60/70 come plastificante del compound di gomma, in concentrazioni del 30%, 40% e 50%. L’obiettivo dichiarato è duplice, accelerare il processo di miscelazione e migliorare le proprietà reologiche del legante modificato con TSNR.

Il percorso produttivo si articola in due fasi distinte. La prima riguarda la realizzazione del compound di gomma naturale a specifica tecnica (CTSNR), che parte dalla masticazione del TSNR e procede con l’aggiunta progressiva degli additivi di formulazione: attivatori (ossido di zinco e acido stearico), acceleratore (Mercaptobenzothiazole solfenamide, MBTS), antiossidante (2,2,4-Trimetil-1,2-diidrochinolina, TMQ) e il bitume 60/70 in funzione plastificante. Dopo una miscelazione omogenea della durata di 30-60 minuti, il CTSNR viene diluito a 5-10 mm per la fase successiva.

La seconda fase prevede l’incorporazione del compound nel bitume caldo, a temperature comprese tra 160 e 170 °C, dove si ottiene il legante modificato finale (CTSNRMA).

Prestazioni reologiche e stabilità in almacenamento

I risultati migliori in termini di efficienza produttiva sono stati ottenuti con la miscela identificata come CTSNRMA-450, caratterizzata da un contenuto di gomma del 4% e una frazione plastificante del 50%: in queste condizioni il tempo di miscelazione scende a 16 minuti, un valore drasticamente inferiore rispetto alle 180 ore di lavoro, anzi ore no, ai 180 minuti del metodo tradizionale. Sul piano reologico, l’aggiunta del plastificante bituminoso ha ridotto la penetrazione a 35,6 dmm e portato il punto di rammollimento a 55,4 °C, segni di un legante più rigido e più resistente alle alte temperature.

Sul fronte della stabilità in almacenamento, however, è la formulazione CTSNRMA-440, con pari contenuto di gomma al 4% ma plastificante al 40%, a fornire la risposta più soddisfacente. La differenza di punto di rammollimento misura 0,95 °C, ampiamente entro la soglia di 2,2 °C prevista dalla norma ASTM D5892, cui la miscela risulta conforme. Un parametro non secondario per chi deve garantire omogeneità del legante tra produzione e cantiere.

Un Performance Grade adatto ai climi caldi

Il campione CTSNRMA-440 raggiunge un Performance Grade (PG) pari a 76, classe che lo rende idoneo alle condizioni climatiche calde. A questo risultato si accompagnano la riduzione significativa dei tempi di miscelazione, una maggiore stabilità del sistema e un incremento della resistenza alle alte temperature, elementi che nel complesso rendono il processo più efficiente rispetto alla via convenzionale di produzione del bitume modificato con gomma naturale.

Per i tecnici del settore stradale, la combinazione di tempi di lavorazione compressi e stabilità conforme ad ASTM D5892 rappresenta un punto di riferimento concreto per valutare l’industrializzazione di leganti modificati con gomma naturale di specifica tecnica.

Un R² medio di 0,830 accompagnato da un RMSE medio di 3,644: sono questi i valori con cui una Gradient Boosting Machine calibrata tramite algoritmo genetico stima il Friction Number di pavimentazioni in calcestruzzo continuamente armato. Lo studio, firmato da Ali Juma Alnaqbi, Waleed Zeiada e Ghazi G. Al-Khateeb, è stato pubblicato su Construction Materials (vol. 6, articolo 6, DOI 10.3390/constrmater6010006) e si fonda sui dati della banca dati Long-Term Pavement Performance (LTPP).

Perché la previsione dell’attrito pesa su sicurezza e manutenzione

L’attrito superficiale entra direttamente nella valutazione della sicurezza stradale e, allo stesso tempo, nell’ottimizzazione delle strategie di manutenzione di una rete. Prevederne l’andamento con accuratezza è quindi un’esigenza concreta per chi gestisce patrimoni stradali. Il lavoro dei tre autori risponde a questa esigenza su un tipo di opera ben definito: la pavimentazione rigida in calcestruzzo continuamente armato (CRCP, Continuously Reinforced Concrete Pavement), per la quale viene proposto uno schema previsionale ibrido di apprendimento automatico.

Il dataset LTPP: 395 osservazioni su 33 sezioni

La base dati proviene dal programma Long-Term Pavement Performance e consta di 395 osservazioni riferite a 33 sezioni di CRCP. Ciascun punto del campione è descritto da 20 variabili d’ingresso, ripartite in quattro famiglie: strutturale, climatica, di traffico e di prestazione. La copertura simultanea di questi domini permette di rappresentare ogni sezione nella sua complessità, dal profilo costruttivo alle condizioni ambientali, fino al traffico e alle prestazioni registrate nel tempo.

GBM e algoritmo genetico: com’è costruito lo schema ibrido

Il motore predittivo è una Gradient Boosting Machine il cui assetto non viene fissato manualmente: un algoritmo genetico (GA) guida l’ottimizzazione del modello attraverso una ricerca evolutiva nello spazio delle configurazioni. La GBM, nella versione privà di ottimizzazione, funge anche da termine di paragone interno.

Il confronto coinvolge infatti cinque modelli base: la GBM non ottimizzata, la regressione lineare, le Random Forest, la Support Vector Regression (SVR) e le reti neurali artificiali (ANN). Un insieme che spazia dal riferimento lineare alle principali famiglie di apprendimento automatico impiegate in ambito pavimentazioni.

Come si posiziona la GBM ottimizzata rispetto ai modelli base

I valori medi registrati dal modello proposto sono un RMSE di 3,644 e un R² di 0,830, cifre che lo collocano sopra tutti i modelli di riferimento presi in esame. La distanza rispetto alla GBM lasciata senza ottimizzazione fornisce anche un’indicazione metodologica: la calibrazione evolutiva incide sul risultato finale, non solo la scelta della famiglia algoritmica.

Quattro predittori dominano la previsione

L’analisi di sensibilità restringe il campo alle variabili più influenti: il traffico medio giornaliero annuo (AADT), lo spessore totale della pavimentazione, l’indice di gelo (Freeze Index) e l’età dell’opera. I quattro parametri riconducibili, rispettivamente, al traffico, alla struttura, al clima e alla dimensione temporale della sezione.

Accanto alla sensibilità, i partial dependence plots (PDP) illustrano gli effetti marginali di queste variabili sui livelli di attrito previsti. Una rappresentazione che consente di leggere il contributo di ciascun parametro alla stima, invece di lasciare il comportamento dell’algoritmo chiuso in una scatola nera.

Dalla previsione alla programmazione della manutenzione

Sul piano applicativo, lo schema proposto viene qualificato come strumento robusto e interpretabile per la previsione dell’attrito, con potenzialità concrete in due direzioni: migliorare le valutazioni di sicurezza e affinare la programmazione della manutenzione nelle reti di pavimentazione rigida. Per i gestori, disporre di una stima previsionale del Friction Number significa poter ancorare le decisioni di calendario degli interventi a un indicatore quantitativo.

Il merito principale della ricerca resta la combinazione tra accuratezza e leggibilità. Con l’analisi di sensibilità e le PDP, il modello non si limita a restituire un numero: espone i fattori che lo determinano, dal traffico allo spessore, dal clima all’età della sezione. Una trasparenza preziosa quando le previsioni devono tradursi in decisioni operative su una rete stradale.

Le strategie di monitoraggio strutturale delle ferrovie si stanno spostando dai sensori puntuali, come estensimetri e accelerometri, verso sistemi in fibra ottica distribuita (DFOS) capaci di fornire misure continue e ad alta risoluzione lungo chilometri di tracciato. È la prospettiva da cui parte una rassegna critica pubblicata su Infrastructures (Vol. 11, articolo 277, doi: 10.3390/infrastructures11080277), firmata da Shima Taheri, Mohammad Siahkouhi, Ali Moghimi e Maria Rashidi, che fa il punto su componenti, meccanismi fisici, applicazioni in campo e limiti ancora aperti della tecnologia.

Come funziona una catena di misura DFOS

Un sistema DFOS per structural health monitoring ferroviario si compone di tre elementi: un’unità interrogatrice, i cavi in fibra ottica installati lungo l’infrastruttura e i sistemi di acquisizione dati. Il principio di misura si basa sul backscattering della luce nella fibra, con tre meccanismi distinti che definiscono il comportamento del sistema: scattering di Rayleigh, di Brillouin e di Raman. Ciascuno presenta compromessi differenti in termini di risoluzione spaziale, portata di sensing e sensibilità alla grandezza misurata, quindi la scelta del meccanismo dipende dall’applicazione e dalla scala del monitoraggio richiesto.

Dalla sede ferroviaria alle gallerie: il quadro applicativo

Il campo d’impiego documentato dalla rassegna copre le principali componenti di un’infrastruttura ferroviaria. I casi analizzati riguardano il monitoraggio di binari e traversine, la valutazione dello stato di salute dei ponti, il controllo dei rivestimenti delle gallerie e la stabilità dei rilevati. Quest’ultimo ambito, il monitoraggio dei rilevati ferroviari, viene indicato come l’applicazione principale della tecnologia.

Per chi opera su opere d’arte, il messaggio operativo è che la stessa architettura di sensing può estendersi a tipologie strutturali molto diverse, dalla sovrastruttura del binario al manufatto enterrato, con un unico filo conduttore: la distribuzione continua della misura lungo l’opera, impossibile da ottenere con sensori puntuali convenzionali.

Intelligenza artificiale sui dati DFOS

Il flusso dati generato dai sistemi distribuiti si presta all’integrazione con tecniche di intelligenza artificiale e machine learning. La rassegna raccoglie studi recenti in cui l’accuratezza di rilevamento ha superato il 97%, un risultato che sposta l’attenzione dall’acquisizione del segnale alla sua elaborazione automatica, aspetto decisivo su reti con tracciati estesi.

I nodi ancora aperti

La tecnologia non è esente da criticità. La rassegna individua quattro ostacoli principali alla diffusione su larga scala:

• costo elevato delle unità interrogatrici;
• volumi dati molto grandi da gestire;
• complessità di installazione negli scenari di retrofit su infrastrutture esistenti;
• rumore ambientale legato alle velocità operative dei treni.

Le priorità di ricerca

Sulle criticità si innestano le direzioni di sviluppo individuate dagli autori: hardware di interrogazione a costi ridotti, pipeline di elaborazione automatica dei segnali, integrazione con digital twin delle infrastrutture ferroviarie e definizione di framework prestazionali standardizzati. Un percorso che, se consolidato, potrebbe accelerare l’adozione su larga scala dei sistemi DFOS nelle reti ferroviarie di tutto il mondo.

Una carreggiata che presenta distacco granulometrico e degrado meteorico mostra fessurazione a coccodrillo in quasi un caso su due: la probabilità condizionata misurata si ferma al 47,65%. A ricostruire questi legami tra patologie superficiali è uno studio pubblicato su Infrastructures, vol. 11, p. 276 (doi: 10.3390/infrastructures11080276), firmato da Mariam Tabaja, Farah Homsi e Muhsin Elie Rahhal, costruito sulle rilevazioni raccolte lungo 419,87 km di strade distribuite in 18 regioni del Libano. L’obiettivo: quantificare con l’association rule mining le relazioni statistiche tra i degradi, un passaggio che per gestori e decisori pesa direttamente sulle strategie di mantenimento della vita di servizio delle pavimentazioni.

Le origini dei degradi: più cantiere e manutenzione che progetto

In molti casi le anomalie rilevate in superficie non affondano le radici nella fase di progetto. I degradi riconducono piuttosto a difetti di esecuzione, a qualità dei materiali sotto soglia o a pratiche di manutenzione insufficienti. Da qui l’attenzione riservata alla loro catalogazione: i danni registrati su una carreggiata restano il riferimento con cui si valuta lo stato della rete e si impostano gli interventi.

419,87 km di rilevazioni in 18 regioni

La base dati copre la rete stradale di 18 regioni libanesi, per un totale di 419,87 km analizzati: un arco esteso abbastanza da sostenere una lettura complessiva dei pattern di comparsa congiunta. Sul campo sono state individuate dieci categorie principali di patologia. Tra queste figurano la fessurazione longitudinale e quella a blocchi, l’alligator cracking, i rattoppi e le buche, oltre alla coppia formata da raveling e weathering, cioè il distacco dei granuli dalla superficie e il degrado meteorico della matrice bituminosa.

Supporto, confidence e Lift: la logica delle regole di associazione

L’association rule mining esamina le comparse ripetute di fenomeni nello stesso contesto e le traduce in regole verificabili numericamente. Tre misure governano l’analisi. Il supporto quantifica quanto spesso due degradi si presentano insieme; la confidence esprime la probabilità di incontrare il secondo a fronte della presenza del primo; il Lift mette a confronto l’associazione osservata con quella attesa sulla base della sola prevalenza dei singoli degradi. Il risultato è la quantificazione dei pattern di co-occorrenza e delle relazioni di dipendenza tra categorie di danno.

Raveling e weathering al centro delle interazioni più strette

Dall’incrocio emergono associazioni statistiche solide tra la maggior parte dei tipi di degrado, con interazioni particolarmente strette attorno a raveling e weathering, fessurazione longitudinale, alligator cracking, rattoppi e buche. I valori misurati parlano con precisione:

• 20,88% delle occorrenze totali per raveling e weathering, la prevalenza più elevata;
• 0,34% per la fessurazione a blocchi, il degrado meno frequente;
• 37,38% la probabilità congiunta di raveling e weathering insieme a alligator cracking;
• 47,65% la probabilità condizionata di alligator cracking quando raveling e weathering sono già presenti.

La differenza tra gli ultimi due numeri merita un attimo di attenzione: la prima esprime quanto spesso la coppia di degradi e la fessurazione a coccodrillo compaiono insieme sull’intero dataset, la seconda quanto è probabile incontrare la fessurazione nelle sole sezioni dove la coppia è stata rilevata.

Il Lift filtra le relazioni dettate dalla frequenza

Il confronto con le prevalenze è il passaggio che discrimina i risultati. Il Lift isola le associazioni più forti di quanto la diffusione dei singoli degradi giustifichi e riduce l’influenza delle relazioni guidate dalla sola ricorrenza. Senza questa verifica, le coppie di patologie più comuni dominerebbero l’analisi semplicemente perché appaiono ovunque, senza che la loro presenza congiunta superi quanto atteso.

Dalla statistica alla scala degli interventi

Per un sistema di gestione delle pavimentazioni la lettura è operativa: le regole di associazione forniscono informazioni complementari a supporto della manutenzione, della prioritizzazione degli interventi e dell’allocazione delle risorse. Dove la probabilità condizionata tra due degradi risulta elevata, il rilievo dell’uno fornisce un’indicazione sulla probabile presenza dell’altro, e la programmazione delle lavorazioni può tenerne conto. L’impostazione ha inoltre dimostrato di individuare interazioni tra degradi con un fondamento statistico esplicito, non affidato all’esperienza soggettiva dell’ispettore.

Nella manutenzione stradale i budget sono finiti per definizione. Regole statistiche che legano le patologie tra loro aggiungono un argomento in più per decidere quali sezioni trattare per prime.

Il 7,0% di ritardo medio in meno e il 2,7% di tempi di percorrenza risparmiati rispetto ai baselines più performanti: è il margine che emerge quando la scelta di quali intersezioni coordinare tra loro viene fatta in modo esplicito, fascia oraria per fascia oraria, invece di dare per acquisito il raggruppamento. A quantificare questo margine è il lavoro di Chenchen Kuai, Md Wahid Hasan, Po Tin Mak e Yunlong Zhang, pubblicato su Infrastructures (Vol. 11, pagine 278, DOI 10.3390/infrastructures11080278), che riconduce il coordinamento semaforico multi-intersezione a un problema di partizionamento di rete.

Il raggruppamento che nessuno mette in discussione

Nell’approccio consolidato al coordinamento semaforico, l’insieme di intersezioni da sincronizzare viene assunto come dato di partenza: si pensi al caso tipico di tutte le intersezioni di un asse arteriale. L’attività di ottimizzazione si concentra così sui piani di tempo, mentre la domanda opposta, cioè quali intersezioni convenga coordinare insieme per ottenere il massimo beneficio, resta in larga misura trascurata.

Il punto non è secondario, perché i pattern di traffico evolvono nel corso della giornata. Il raggruppamento più efficace nelle ore di punta non coincide necessariamente con quello utile nelle fasce a bassa domanda: per questo i gruppi non possono restare fissati al variare delle condizioni di domanda Time-of-Day (ToD) e vanno ridefiniti in funzione della fascia considerata.

Una rete per misurare il beneficio di coordinamento

Il metodo proposto costruisce una Signal Coordination Network (SCN), una rappresentazione di rete nella quale il beneficio potenziale del coordinamento tra coppie di intersezioni viene quantificato a partire da tre grandezze:

• i volumi di traffico interessati;
• la prossimità spaziale tra le intersezioni;
• la compatibilità delle lunghezze di ciclo.

La SCN traduce quindi in forma misurabile l’intensità con cui due intersezioni possono trarre vantaggio dal coordinamento congiunto, fornendo la base quantitativa su cui decidere i raggruppamenti.

Dalla SCN ai gruppi: il massimo set-packing

La suddivisione della rete nei raggruppamenti più efficaci viene ricondotta a un problema di massimo confezionamento di insiemi (maximum set-packing). Risolvendolo, il partizionamento restituisce tre tipologie di output: intersezioni che restano isolate, gruppi di progressione lungo un’arteria e gruppi di progressione estesi all’intera rete. La stessa formulazione tratta in modo unitario situazioni molto diverse, dal singolo incrocio fino alla progressione su scala di rete.

Cosa emerge dalle prove sui picchi

La sperimentazione copre gli scenari di rete e di fascia oraria testati e confronta il metodo proposto con i baselines con le migliori prestazioni. Sulla media di queste combinazioni, i tempi di percorrenza scendono del 2,7% e il ritardo del 7,0%.

Le prove condotte con domanda variabile aggiungono un dettaglio rilevante: i miglioramenti risultano statisticamente significativi in tutti gli scenari di picco del mattino e del pomeriggio, mentre nelle fasce fuori punta il metodo non introduce guadagni significativi, pur mantenendo prestazioni comparabili a quelle dei riferimenti. Il vantaggio, in sintesi, si concentra nei picchi; fuori punta l’approccio non peggiora la situazione.

Piani di coordinamento sensibili alla fascia oraria

I risultati indicano che la selezione esplicita dei gruppi di coordinamento porta benefici operativi aggiuntivi rispetto a tre pratiche consolidate: il retiming locale, il controllo adattivo e il coordinamento predefinito su corridoio o su rete. Il framework si colloca di conseguenza come strumento pratico a livello di pianificazione per la progettazione di piani di coordinamento sensibili alla fascia oraria nelle reti urbane: prima di impostare i piani di tempo, la procedura permette di stabilire quali intersezioni lavorino insieme in ciascuna condizione di domanda.

Per chi si occupa di regolazione semaforica e di gestione delle reti urbane, il contributo ridisegna la sequenza di progetto. La domanda da porre a monte del prossimo piano di coordinamento riguarda la geografia dei gruppi: quali intersezioni, in quale fascia oraria. I tempi vengono dopo.

La risposta all’estremità di un conduttore aggiuntivo di una linea di contatto aerea ferroviaria cambia in modo marcato a seconda del tipo di raccorderia impiegata, mentre la mezzeria ne risente solo in parte limitata. È l’esito principale dello studio firmato da Tong Xing, Aobo Yang, Like Pan e Yang Song, pubblicato su Infrastructures (vol. 11, pagine 279, doi: 10.3390/infrastructures11080279), dedicato alle vibrazioni indotte dal vento nei conduttori aggiuntivi e alla sicurezza d’esercizio della raccorderia in ambienti difficili.

Il corridoio del fiume Dadu come riferimento

Il contesto è quello del corridoio ferroviario del canyon del fiume Dadu, in ambiente di alta quota: una configurazione in cui il vento interagisce con conduttori e componenti di linea in condizioni severe. La domanda a cui il lavoro risponde è doppia: come si comporta dinamicamente il conduttore aggiuntivo sotto l’azione del vento di canyon e in quali termini si pone la sicurezza d’esercizio della raccorderia che lo collega alla struttura.

Generazione del campo vento e conversione in carichi

L’azione non viene assunta in forma sintetica, ma ricostruita nel dominio del tempo. Il campo viene generato come processo stocastico tridimensionale, con correlazioni temporali e spaziali esplicitamente riprodotte, combinando gli spettri di Kaimal, Tieleman e Panofsky con un modello autoregressivo del quarto ordine. Le serie storiche di velocità del vento ottenute vengono poi convertite in carichi ricorrendo alla teoria aerodinamica quasi-stazionaria.

Raccorderia nel modello: aste oscillanti e rigidezze equivalenti

Sul versante strutturale, il conduttore aggiuntivo è descritto con un modello geometricamente non lineare fondato sulla formulazione assoluta delle coordinate nodali, in sigla ANCF. La raccorderia entra nel calcolo con due schematizzazioni distinte: gli elementi di sospensione sono rappresentati da un elemento ad asta oscillante, mentre per la raccorderia di sostegno si adotta una rigidezza equivalente definita nelle tre direzioni. Le due rappresentazioni riflettono funzionamenti meccanici differenti, e le analisi successive ne confermano la portata.

Cosa mostrano le analisi

L’apparato analitico mescola quattro strumenti: si lavora nel dominio del tempo, si conta il numero di cicli con l’algoritmo rainflow, si esamina il contenuto in frequenza tramite l’analisi spettrale di potenza e si completa il quadro con un’analisi di sensibilità parametrica.

Il tipo di raccorderia condiziona in misura marcata la risposta all’estremità del conduttore, mentre la sua influenza sulla vibrazione in mezzeria resta limitata.

Ne discende una distinzione netta tra le due scale di osservazione: la scelta del componente terminale governa ciò che accade in prossimità dell’attacco, senza however cambiare in modo rilevante il comportamento della campata nella sua porzione centrale.

Sospensione e sostegno: effetti opposti su picchi e fatica

I due tipi di raccorderia si comportano in modo contrastante. La raccorderia di sospensione libera la deformazione indotta dal vento attraverso lo svincolo oscillante: ne derivano picchi di tensione più bassi e una minore incidenza di cicli ad alta ampiezza. La controparte di sostegno trattiene invece lo spostamento all’estremità; il prezzo da pagare è un aumento delle reazioni locali di vincolo e, di conseguenza, un rischio di fatica più elevato.

Le conseguenze sui due componenti si possono sintetizzare così:

Ricadute su selezione dei componenti e verifica a fatica

Per chi projetta una linea di contatto in ambiente di canyon, gli esiti si traducono in un criterio operativo: la selezione della raccorderia va condotta osservando prima di tutto la risposta di estremità, dove il componente influenza direttamente i livelli di tensione e i cicli che alimentano il degrado a fatica. I risultati supportano in questo senso la scelta della raccorderia e la progettazione a fatica resistente al vento per i conduttori aggiuntivi delle linee di contatto aeree nei corridoi ferroviari di canyon.

Dove il vento scorre incanalato tra le pareti di una valle, la durabilità di una linea di contatto aerea si decide anche su componenti di piccola scala. La distinzione tra uno svincolo che rilascia e un vincolo che trattiena, misurata in termini di picchi di tensione e cicli ad alta ampiezza, diventa così un dato di progetto e non un dettaglio di catalogo.

La valutazione della corrosione sui ponti in acciaio si basa ancora in larga misura su ispezioni visive manuali, i cui esiti dipendono dall’operatore e sono quindi difficilmente ripetibili. Un gruppo di ricerca ha messo a punto un metodo che classifica la gravità della corrosione su cinque livelli e la visualizza direttamente sugli elementi di un modello BIM di un ponte pedonale, portando i risultati dell’ispezione dentro l’ambiente informativo del manufatto. Il lavoro, firmato da Mohammad Amin Oyarhossein, Gabriel Sugiyama, Fernanda Rodrigues e Hugo Rodrigues, è stato pubblicato sulla rivista CivilEng (DOI: 10.3390/civileng6040067).

Il limite delle ispezioni visive tradizionali

Nelle pratiche consolidate, il rilievo del degrado corrosivo è un’attività manuale e in parte soggettiva: l’esito della valutazione varia in funzione di chi la esegue, con effetti sull’affidabilità e sulla ripetibilità dei risultati. Anche la registrazione e il reporting delle osservazioni risultano penalizzati, poiché l’informazione resta legata a giudizi non strutturati e difficili da confrontare nel tempo.

Una scala di gravità in cinque livelli

Per rafforzare la registrazione e la comunicazione dei risultati d’ispezione, è stato sviluppato un sistema di grading della corrosione articolato su cinque livelli di gravità. L’assegnazione del grado si fonda su segni visibili: ruggine superficiale, danneggiamento del rivestimento protettivo e sfogliatura (flaking).

La scala è stata costruita a partire da dati fotografici abbinati provenienti da due campagne di ispezione condotte sulla stessa opera, a febbraio 2024 e aprile 2025. Il confronto tra le due serie fotografiche fornisce la base documentale per la classificazione e per il seguito dell’evoluzione del degrado nel tempo.

Da Dynamo a Revit: i gradi di corrosione sul modello

Il collegamento tra classificazione e modello informativo passa da uno script Dynamo, che associa ciascun livello di gravità agli elementi corrispondenti del modello Revit tramite la sovrascrittura dei colori (colour overrides). Il risultato è un modello BIM in cui lo stato di corrosione è leggibile elemento per elemento, con i dati integrati in modo chiaro e strutturato nell’ambiente informativo.

La rappresentazione grafica del degrado supporta tre attività indicate dal metodo: la valutazione delle condizioni della struttura, il monitoraggio dei cambiamenti nel tempo e la formulazione di decisioni di manutenzione su base documentale.

Il caso di studio: il ponte pedonale di Aveiro

Il workflow è stato applicato a un ponte pedonale in acciaio situato ad Aveiro, in Portogallo, in ambiente costiero. Lo script è stato eseguito su oltre 2600 elementi del modello, di cui 75 con degrado visivo identificati e classificati nei cinque livelli previsti. L’applicazione su questa scala dimostra la fattibilità del metodo per un tracciamento sistematico della corrosione su una struttura reale.

Asset management e prospettive digital twin

Oltre al caso specifico, l’approccio si colloca in una prospettiva di gestione del patrimonio: supporta lo sviluppo di strumenti di bridge asset management basati su BIM ed è adattabile a future applicazioni di digital twin, in cui i dati di stato rilevati trovano posto nella rappresentazione digitale dell’opera.

La validazione resta riferita a un ponte in acciaio in ambiente costiero: la generalizzazione indicata riguarda altre strutture con condizioni ambientali simili. La classificazione rimane inoltre fondata sull’osservazione visiva dei segni di degrado: il valore del metodo sta nell’aver reso l’esito dell’ispezione tracciabile nel modello, con ricadute su registrazione dei dati, confronto nel tempo e supporto alle decisioni di manutenzione.

Portare il coefficiente di frenata da 0 a 0,7 fa salire la risposta a taglio longitudinale negli strati asfaltici di un rivestimento di imponti da 57,9 a 161,2 kPa, quasi tre volte il valore di partenza. È il dato più esplicito dell’analisi numerica condotta su una pavimentazione a doppio strato a Zhongshan, in Cina, pubblicata sulla rivista Infrastructures e dedicata all’accoppiamento tra gradienti termici e carichi mobili di frenata.

Il contesto è quello del traffico estivo ad alta temperatura, nel quale i rivestimenti asfaltici dei ponti mostrano una marcata suscettibilità a bordo, spingimenti orizzontali (shoving) e scivolamento tra gli strati. In questi meccanismi la tensione di taglio all’interfaccia risulta determinante: quantificarne l’entità al variare di carico, geometria e clima è la premessa per impostare con criterio il pacchetto superficiale di un impalcato.

Un workflow sequenziale, dalla meteorologia alla meccanica

Lo schema di calcolo, un modello agli elementi finiti tridimensionale con accoppiamento sequenziale, procede in due stadi. Nel primo si risolve il problema termico transitorio: le condizioni al contorno derivano da misure registrate in sito di temperatura dell’aria, radiazione solare, durata dell’insolazione e velocità del vento. Il campo di temperatura così ottenuto alimenta direttamente il secondo stadio, un modello meccanico a carico mobile nel quale gli strati, con miscela SMA-13 in superficie e AC-20 in interfondo, presentano aderenza piena, il contatto ruota rivestimento è schematizzato con due aree di contatto rettangolari e la frenata entra come trazione longitudinale.

Le variabili fatte variare coprono carico assiale, pendenza longitudinale della carreggiata, coefficiente di frenata e spessori dei due strati asfaltici.

Il calore rallenta in profondità

Le analisi termiche restituiscono un andamento quantificato con precisione: l’ampiezza dell’oscillazione di temperatura si attenua con la profondità e il picco giornaliero slitta a orari via via più tardivi. In superficie il massimo si raggiunge alle 13:00 con 58,95 °C; al fondo del rivestimento asfaltico il picco arriva alle 17:00, quattro ore dopo, e vale 46,99 °C. Le verifiche meccaniche sono state condotte nello stato termico delle 14:00, condizione estiva prossima al picco.

La gerarchia delle azioni: frenata, carico assiale, pendenza

Nel confronto tra ipotesi il coefficiente di frenata si conferma il parametro più influente sul taglio longitudinale: arrivando a 0,7, la risposta degli strati asfaltici quasi triplica e presso l’interfaccia tra lo strato AC-20 e l’impalcato in calcestruzzo si porta a circa il doppio del valore a frenata nulla. Il carico assiale, analizzato nello stato termico delle 14:00, amplifica a sua volta la risposta complessiva: il taglio massimo nello strato asfaltico sale da 0,172 a 0,223 MPa. La pendenza longitudinale agisce in modo più selettivo, con effetti concentrati sul trasferimento degli sforzi lungo la direzione di marcia.

Spessori a confronto: dove si sposta la domanda

Sul fronte della stratigrafia i due strati seguono logiche opposte. Aumentare lo spessore dello SMA-13 riduce la richiesta termica e meccanica sugli strati sottostanti, con un effetto protettivo diretto verso il fondo del pacchetto. L’aumento dello spessore dell’AC-20 abbassa invece la risposta in prossimità dell’impalcato in calcestruzzo, ma sposta parte della domanda di trazione e di taglio verso lo strato asfaltico superiore: il guadagno all’interfaccia inferiore si ripaga in superficie.

Per il progettista di rivestimenti di imponti la sintesi è doppia: il taglio interfacciale non dipende dalla sola temperatura ma dall’insieme di azioni termiche, verticali e longitudinali, e la stratigrafia ridistribuisce la domanda tra superficie e interfaccia strutturale più di quanto la elimini.

Lo studio, firmato da Xuan Zhu, Zhi Li, Xiangyu Lei, Hailin Wang, Weiwei Lu, Dingling Yang, Hongyu Ren, Yuxi He, Weiguo Wu e Peng Chen, è pubblicato su Infrastructures, vol. 11, pagine 285: doi: 10.3390/infrastructures11080285.

Circa il 15% di crumb rubber e un contenuto di legante bituminoso compreso tra il 4,8% e il 5,0%: sono questi i dosaggi che restituiscono il miglior equilibrio tra prestazioni meccaniche ed efficienza economica nelle miscele bituminose modificate con gomma riciclata destinate ai sovrallassi stradali. A individuarli è stato un gruppo di ricerca che ha integrato algoritmi di machine learning con valutazioni economiche e ambientali di ciclo di vita, applicando il metodo a un dataset sperimentale di miscele convenzionali e modificate con crumb rubber (CR). I risultati sono pubblicati sulla rivista CivilEng (MDPI).

Il crumb rubber tra prestazioni e costi di produzione

La domanda di materiali sostenibili per le pavimentazioni ha orientato l’attenzione della tecnica stradale verso le miscele contenenti crumb rubber, la gomma granulata ottenuta dal riciclo. La modifica con CR migliora il comportamento meccanico e la durabilità della miscela, ma porta con sé due penalizzazioni: costi di produzione iniziali più alti e una maggiore richiesta di energia. Il nodo operativo diventa quindi la quantificazione del compromesso. Quanto prestazione aggiuntiva si acquisisce, e a quale prezzo, sull’intera vita della pavimentazione?

Da un dataset di laboratorio a quattro modelli predittivi

Il quadro di lavoro sviluppato dagli autori unisce apprendimento automatico e analisi economica per individuare l’equilibrio ottimale tra prestazioni e costi nelle miscele bituminose modificate con CR destinate agli overlay. La base dati sperimentale comprende miscele di riferimento e miscele trattate, impiegate per addestrare e validare quattro famiglie di algoritmi: Random Forest (RF), Gradient Boosting (GB), reti neurali artificiali (ANN) e regressione a vettori di supporto (SVR).

Sono i modelli RF e ANN a distinguersi per accuratezza predittiva, con un coefficiente di determinazione R² superiore a 0,98 sugli indicatori chiave di prestazione. Le grandezze stimate coprono gli aspetti essenziali del comportamento della miscela:

• stabilità Marshall;
• rapporto di resistenza a trazione (tensile strength ratio);
• resistenza all’ornimentazione;
• modulo resiliente.

Un livello di fedeltà di questo tipo rende i due modelli utilizzabili per stimare il comportamento della miscela a partire dalla sua composizione.

Un indice costo-prestazione ancorato ai costi di ciclo di vita

La previsione delle prestazioni non esaurisce la scelta. Per quantificare i trade-off tra comportamento meccanico ed efficienza economica, i ricercatori hanno formulato un indice costo-prestazione, denominato Cost-Performance Index (CPI), che incorpora l’analisi dei costi di ciclo di vita. Il passaggio ha una conseguenza pratica: l’onere di produzione iniziale, più elevato per le miscele con CR, viene valutato insieme ai benefici prestazionali che emergono lungo la vita utile, anziché restare l’unico termine di confronto.

Meno 96 kg di CO2 equivalente per tonnellata di miscela

L’analisi del ciclo di vita ambientale completa il quadro. La fase di produzione delle miscele con CR richiede più energia e genera emissioni maggiori, ma il bilancio complessivo dei gas serra resta in terreno favorevole: la riduzione netta risulta di circa 96 kg di CO2 equivalente per tonnellata di miscela. Le emissioni evitate nelle fasi successive del ciclo di vita superano quindi il maggior impatto produttivo, un esito che pesa nel confronto tra alternative di manutenzione del piano rotabile.

Contenuti di CR e legante: la zona di equilibrio

L’ottimizzazione converge su valori precisi: un contenuto di crumb rubber di circa il 15% e un dosaggio di legante bituminoso nell’intervallo 4,8-5,0% esprimono la condizione di miglior bilancio tra prestazioni e costi. Per chi specifica miscele in fase di progetto, si tratta di un riferimento quantitativo immediatamente utilizzabile. Più in generale, la sequenza che accompagna i risultati, dal dataset sperimentale ai modelli predittivi fino all’indice economico e alla valutazione ambientale, mostra come l’ottimizzazione guidata dai dati possa orientare la progettazione sostenibile delle pavimentazioni e sostenere l’economia circolare nelle costruzioni stradali.

Resta il merito principale del lavoro: aver riportato una scelta spesso confinata al prezzo a tonnellata su un terreno più ampio, quello del ciclo di vita, con modelli in grado di anticipare le prestazioni. È il tipo di evidenza che rende quantificabile, e quindi più solida in fase di progetto, l’impiego della gomma riciclata nelle pavimentazioni.

G. J. Kashesh, H. H. Joni, A. Dulaimi, A. J. Kaishesh, A. A. K. Al-Saeedi, T. P. Ribeiro, L. F. Almeida Bernardo, Data-Driven Optimization of Sustainable Asphalt Overlays Using Machine Learning and Life-Cycle Cost Evaluation, CivilEng, vol. 7, art. 1, doi: 10.3390/civileng7010001