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Come ispezionare alcune delle strutture a ponte più antiche, più alte o più complesse del mondo? Diamo uno sguardo a cinque dei ponti più iconici per vedere come possono essere protetti e ispezionati con diverse tecnologie
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Secondo l'American Society of Civil Engineers, ci sono più di 617.000 ponti negli Stati Uniti, il 42% dei quali ha almeno 50 anni e il 7,5% è considerato strutturalmente carente, cioè è in "cattive" condizioni. E questo solo negli Stati Uniti!
A livello globale, la situazione varia, ma tutti i paesi hanno una cosa in comune: l'invecchiamento delle infrastrutture!
Guarda i cinque ponti più iconici del mondo e come possono essere protetti e ispezionati con diverse tecnologie...
Il Golden Gate Bridge, costruito nel 1937, è un magnifico ponte sospeso che collega San Francisco all'Oceano Pacifico. Il ponte, che pesa 894.500 tonnellate, è stato progettato e realizzato in soli quattro anni ed è considerato una meraviglia dell'ingegneria per la sua complessa progettazione e costruzione. Il ponte in acciaio è sospeso da due cavi primari che passano sopra le cime delle torri e sono fissati in ancoraggi di cemento a ciascuna estremità.
L'American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) raccomanda che un ponte venga ispezionato ogni due anni. Come riportato dal San Francisco Chronicle, discutendo del rapporto di ispezione del Golden Gate bridge 2018, ingegneri e ispettori autorizzati "hanno scalato la lunghezza delle torri e delle fondamenta in cemento del ponte di 81 anni, scattando foto e scarabocchiando appunti su carta durante l'ispezione nel corso di tre settimane".
Fortunatamente, oggi esistono metodi più efficienti per condurre le ispezioni visive. Invece di usare carta e penna per registrare i risultati, un software intelligente come INSPECT può tenere tutto insieme, catturando i difetti con l'assistenza dell'intelligenza artificiale, visualizzandoli in AR e archiviando tutti i dati dell'ispezione, le foto e le note in un unico posto sicuro.
Le condizioni dell'acciaio o del calcestruzzo del ponte non sono sempre visibili e richiedono un approccio multi-tecnologico per testare la salute strutturale sia sopra che sotto il livello del mare. Sotto il livello del mare ci sono le grandi fondamenta in calcestruzzo del Golden Gate Bridge che sostengono le due torri principali. L'ispezione di queste viene effettuata con apparecchiature sonar specializzate calate in profondità e con ispezioni subacquee effettuate da una squadra di sommozzatori.
Al di sopra del livello del mare, l'iconico ponte è costituito da due torri d'acciaio e dall'impalcato, da piloni in calcestruzzo, da ancoraggi e da massicci blocchi di calcestruzzo che sostengono i cavi di sostegno in filo d'acciaio al carbonio zincato. I blocchi di cemento, i pilastri e gli ancoraggi possono essere ispezionati con radar a penetrazione del terreno(GPR) a frequenza continua a gradini, eco a impulsi ultrasonici e tecnologia a rimbalzo.
Alimentate da un software intelligente, queste tecnologie non distruttive possono fornire dati approfonditi sulle condizioni, la salute e i difetti del Golden Gate Bridge in tempo reale e fornire indicatori di gravità per le decisioni di manutenzione preventiva.
Il Tower Bridge è uno dei ponti più famosi del Regno Unito, costruito nel 1886. La costruzione ha richiesto un totale di otto anni, con più di 11.000 tonnellate di acciaio per le torri e la struttura della passerella, oltre a più di 70.000 tonnellate di cemento per i due piloni che sostengono la struttura. La struttura è stata poi rivestita in granito della Cornovaglia e pietra di Portland per proteggere l'acciaio.
Nel Regno Unito, i ponti devono essere sottoposti a ispezioni visive ogni due anni e a un'ispezione più approfondita ogni sei anni. Qualsiasi risultato preoccupante deve essere seguito da ispezioni più approfondite che utilizzano tecnologie specializzate per vedere all'interno della pietra o del calcestruzzo e rilevare la corrosione. In un rapporto di ispezione del marzo 2021 si legge che nell'ultima ispezione visiva del Tower Bridge non sono stati riscontrati rilievi prioritari, sono stati necessari alcuni interventi e sono state riscontrate lievi tracce di ruggine.
Questo probabilmente è stato un sollievo dopo le ampie riparazioni e ristrutturazioni che il ponte ha ricevuto nel corso degli anni. Durante le grandi riparazioni del 1991 e del 1992, è stata scoperta un'ulteriore corrosione che ha portato a ripristinare la struttura come era stata costruita in origine, per ripristinare la resistenza del ponte e mantenerne la sicurezza.
Ciò che è difficile capire dal rapporto è dove si trovi esattamente la ruggine e quale possa essere la tempistica della manutenzione predittiva per le aree contrassegnate come "primi segni di deterioramento" o "difetto/danno moderato", "ci si può aspettare una certa perdita di funzionalità".
Ma non si tratta di congetture. Con un software come INSPECT, non solo è possibile documentare tutti i risultati in pochi clic, ma tutto viene anche geolocalizzato nella posizione esatta. Per strutture che richiedono ispezioni regolari come il Tower Bridge, sapere esattamente dove si trovano i difetti può far risparmiare ore di tempo ai prossimi ispettori o alla squadra di manutenzione. Inoltre, INSPECT fornisce un'unica fonte di verità, con i dati delle ispezioni passate e di quelle in corso archiviati insieme in modo sicuro. In questo modo si evita il problema comune della perdita di dati dai rapporti cartacei o di avere diversi rapporti di tempi diversi, tutti archiviati in luoghi diversi. Questo può includere non solo i dati delle ispezioni visive, ma anche quelli delle ispezioni più approfondite con varie tecnologie.
A differenza degli altri ponti di questo elenco, il Tower Bridge è un ponte combinato a bascula e a sospensione che si apre per consentire il passaggio delle navi circa 800 volte all'anno. È anche il ponte levatoio più grande del mondo. Ciò significa che le ispezioni del Tower Bridge, soprattutto quelle in profondità, possono essere lunghe e complicate.
La base di ciascuna delle torri primarie contiene l'impianto idraulico e i contrappesi per l'apertura dei bascoli da 1200 tonnellate che costituiscono la carreggiata del ponte. Nel 2021, questi bascoli non si sono chiusi dopo aver lasciato passare una nave, lasciando centinaia di automobilisti e pedoni bloccati alle due estremità in attesa che venissero riparati. L'elevata funzionalità del Tower Bridge, unita alla sua età, richiede un approccio multi-tecnologico e approfondito alle ispezioni per ottenere un quadro completo.
Ad esempio, per accedere, mappare e monitorare la corrosione attiva nel calcestruzzo, la tecnologia avanzata Half-Cell è una soluzione efficace. Per verificare la resistenza e l'uniformità del calcestruzzo, la tecnologia a rimbalzo, l'Ultrasonics Pulse Velocity e l'Ultrasound Pulse Echo funzionano bene come metodi portatili e accurati.
La durabilità del calcestruzzo è influenzata anche dalla sua permeabilità all'acqua. Per strutture come i ponti che si trovano all'interno e al di sopra dell'acqua, il controllo della permeabilità può essere un indicatore di salute estremamente prezioso. Per misurare la permeabilità del calcestruzzo di un ponte a torre, si può utilizzare un misuratore di resistività superficiale che fornisce un'indicazione precisa.
Per la carreggiata stradale, si può usare il GPR sottosuperficiale per accedere e mappare il profilo dello strato stradale. I componenti metallici possono essere ispezionati con tecnologie specialistiche per il rilevamento dei difetti e tester di durezza non distruttivi.
I dati delle ispezioni visive e multi-tecnologiche possono poi essere utilizzati per creare una tempistica accurata per la manutenzione predittiva.
Il Viadotto di Millau, in Francia, è il ponte viadotto più alto del mondo. La costruzione del Viadotto di Millau, uno dei ponti più recenti di questa classifica, è iniziata nel 2001 e ha richiesto poco meno di quattro anni per essere completata. Realizzato con circa 127.000 metri cubi di calcestruzzo, 19.000 tonnellate di acciaio per l'armatura del calcestruzzo e 5.000 tonnellate di acciaio precompresso per i cavi e le sartie, i costruttori di questo ponte multi-cable stayed hanno dichiarato che il ponte dovrebbe durare almeno 120 anni. Il Millau è caratterizzato da 7 piloni in cemento armato che sostengono l'autostrada a quattro corsie con sponde rigide, tenuti in posizione da 154 stralli in acciaio.
Poiché il viadotto di Millau è uno dei ponti più recenti, è stato costruito con diversi accorgimenti tecnologici, come i sensori di movimento e di spostamento, tra cui accelerometri, anemometri, estensimetri e inclinometri. A causa della sua altezza, questi sensori aiutano a localizzare potenziali punti di problema o di usura che potrebbero ridurre la durata di vita del ponte. Le ispezioni visive del viadotto Millau sono solitamente condotte con un drone.
Un altro aspetto interessante di questo ponte è che fin dall'inizio è stato sottoposto a un monitoraggio strutturale dettagliato, che ha fornito informazioni e dati preziosi che i ponti più vecchi non hanno. Dalla sua apertura, ha subito diverse ispezioni periodiche dettagliate, oltre a ispezioni annuali con attrezzature specializzate in aggiunta ai droni.
Tuttavia, come abbiamo discusso in una recente intervista con Marcel Poser, la raccolta di grandi quantità di dati non è l'obiettivo finale delle ispezioni, soprattutto quando molti di essi potrebbero essere classificati come dati "cattivi" o inutilizzabili. L'obiettivo è raccogliere dati approfonditi, informativi e utilizzabili, preferibilmente in tempo reale.
Nel caso del viadotto di Millau, i sensori sono fondamentali per monitorare il ponte che resiste a enormi sfide sismiche, climatiche e geografiche. Questi dati vengono continuamente monitorati dalla sala di controllo delle operazioni. La combinazione del monitoraggio strutturale con le ispezioni periodiche è un buon esempio di approccio multi-tecnologico alla manutenzione preventiva. Per una struttura di questa portata, è necessaria una particolare attenzione per organizzare e gestire le grandi quantità di dati raccolti da tutti i diversi sensori e ispezioni.
Poiché il viadotto di Millau è stato monitorato durante tutta la sua costruzione, è stato possibile stabilire i valori di riferimento per il monitoraggio e la manutenzione futuri. Questo dimostra il valore e l'importanza di registrare tutte le informazioni e i difetti di una struttura in un certificato di nascita digitale. Inoltre, il viadotto ha anche disposizioni specifiche per la manutenzione preventiva, con tutti i lati della struttura accessibili.
Il ponte strallato a più cavi è anche dotato di sensori e dispositivi per la misurazione della velocità del vento, della temperatura media dell'aria e del ponte, dell'umidità del ponte in acciaio e per il rilevamento di fenomeni di scivolamento. Altre tecnologie specializzate possono essere utilizzate per verificare lo stato di salute, la resistenza e l'integrità del calcestruzzo o dell'acciaio del ponte.
I dati provenienti dal drone, dal monitoraggio strutturale e dalle ispezioni vengono utilizzati insieme per individuare con precisione eventuali problemi che richiedono ispezioni più approfondite. Ad esempio, la tecnologia a rimbalzo può essere utilizzata per verificare la resistenza del calcestruzzo e l'uniformità delle pile in qualsiasi area dubbia. Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per rilevare vuoti, alveolature o difetti e una delle principali strategie di ispezione di ponti come questo consiste nel combinare l'eco a impulsi ultrasonici e il GPR per monitorare la salute dei condotti dei tendini.
Il Ponte di Rialto è un progetto a campata unica di Antonio da Ponte, architetto veneziano di origine svizzera, e fu completato nel 1591 dopo tre anni di costruzione. È il più antico ponte sul Canal Grande in Italia ed è diventato una delle principali attrazioni di Venezia. Il Ponte di Rialto è realizzato in pietra d'Istria e presenta due rampe con una fila di negozi caratteristici che conducono al portico centrale.
Nel corso dei secoli, il Ponte di Rialto è stato oggetto di numerose ispezioni e restauri. All'epoca della sua costruzione, molti architetti dubitavano che la struttura sarebbe durata, ma grazie alle ispezioni, agli accurati restauri e ai rinforzi supplementari, il ponte è ancora forte. L'ultimo importante restauro è avvenuto nel 2015, trattando tutti i componenti strutturali del ponte per la prima volta in oltre 400 anni. Le 364 colonne presentavano fratture e sono state risistemate con piombo fuso per garantirne la longevità. L'indagine preliminare ha mostrato che nessuna emergenza richiedeva un'attenzione particolare.
Grazie a un software di ispezione intelligente, è possibile determinare se le condizioni superficiali rilevate nell'indagine visiva sono di colore verde (non è necessario intervenire), giallo (è necessario pianificare una manutenzione preventiva) o rosso (è necessario intervenire in caso di emergenza). Eventuali crepe possono essere identificate e segmentate con l'intelligenza artificiale e i rapporti possono essere generati sul posto, costruendo una storia digitale di questa famosa struttura.
Durante i lavori di restauro, gli operai hanno dovuto risistemare i cavi del gas, dell'elettricità e del telefono che alimentavano i 24 negozi sulle rampe. Quando le linee elettriche e di servizio sono sepolte sotto la pietra o il cemento, è possibile utilizzare il radar a penetrazione del terreno (GPR) per localizzarle con precisione prima di qualsiasi perforazione o riparazione. In particolare, il GPR a frequenza modulata è il più efficace per ottenere sia la profondità che il rilevamento di oggetti ad alta risoluzione in tempo reale per questo tipo di ponte.
Per determinare l'omogeneità e la resistenza, rilevare i difetti del sottosuolo o misurare lo spessore, l'ecografia a ultrasuoni viene utilizzata come soluzione efficace, rivelando dati preziosi e storici in realtà aumentata o in visualizzazioni di mappe di calore.
Il ponte Sheikh Zayed di Abu Dhabi, negli Emirati Arabi Uniti, è descritto come la struttura di ponte più complessa al mondo. Progettato dal famoso architetto donna Zaha Hadid per il governo di Abu Dhabi, la costruzione del ponte Sheikh Zayed è iniziata nel 2003 e ha richiesto sette anni per essere completata. In totale, il ponte è lungo 842 metri con 11 sezioni di campata, due carreggiate a quattro corsie, una corsia di emergenza e una passerella pedonale. Ci sono tre archi principali (l'arco centrale raggiunge i 63 metri di altezza) con quattro piloni principali, oltre a due serie di supporti. Il ponte Sheikh Zayed (talvolta chiamato ponte Hadid) è destinato a essere una struttura iconica con una durata di vita prevista di 120 anni. Secondo quanto riferito, è stata prestata particolare attenzione a garantire che il ponte fosse costruito in modo da non avere punti deboli nel calcestruzzo che avrebbero permesso alla corrosione di attaccare l'armatura in acciaio.
Negli Emirati Arabi Uniti e nel resto del mondo, nell'ultimo decennio si è assistito a un forte cambiamento nelle ispezioni tradizionali dei ponti. Fino al 2009, ad esempio, l'Autorità per le strade e i trasporti di Dubai (RTA) utilizzava un sistema di carta e penna per le ispezioni e la gestione dei ponti e degli asset. Questo comportava un notevole dispendio di tempo per gli ingegneri addetti alle ispezioni e rendeva più difficili le decisioni sulla manutenzione.
Con l'avanzare della tecnologia, i sistemi di manutenzione dei ponti negli Emirati Arabi Uniti sono ora prevalentemente digitali e la carta e la penna sono state sostituite dall'iPad o dal cellulare per le ispezioni visive. Ora i dati delle ispezioni possono essere raccolti e riportati facilmente dal luogo in cui si trovano, senza bisogno di tornare in ufficio per compilare tutto e senza rischio di perdita di dati. Inoltre, un software intelligente come INSPECT può essere utilizzato per creare un gemello digitale 3D del ponte per visualizzarlo nella sua interezza con i risultati delle ispezioni e del monitoraggio.
Molti ponti moderni sono ora costruiti con sensori incorporati e monitor di corrosione che, per le grandi opere come il ponte Sheikh Zayed, possono aiutare a risparmiare tempo nelle ispezioni visive. Tuttavia, anche le ispezioni visive fisiche sono importanti, anche per i ponti moderni.
Il tecnico ispettivo può prendere i dati dai monitor e utilizzare le informazioni per aiutare l'ispezione visiva e individuare eventuali problemi. Può anche catturare immagini ad alta risoluzione che vengono geolocalizzate sulla mappa e archiviate in modo sicuro con il resto dei documenti dell'asset per l'analisi successiva all'ispezione. Con INSPECT, al ponte può essere assegnata anche una classificazione di gravità in base ai risultati, in modo che i responsabili delle decisioni abbiano accesso alle informazioni giuste al momento giusto. Le tecnologie avanzate vengono utilizzate con pochi clic anche per le ispezioni visive, utilizzando il rilevamento dei difetti dell'intelligenza artificiale per identificare e segmentare le crepe sul calcestruzzo.
Durante la costruzione, il ponte Sheikh Zayed aveva un programma informatico dedicato per prevedere con precisione le modifiche geometriche passo dopo passo e a lungo termine. Tuttavia, ci sono molti componenti di questo ponte unico che potrebbero ancora richiedere ispezioni più approfondite. Per esempio, le famigerate arcate del ponte Sheikh Zayed sono state progettate in modo da assomigliare a dune di sabbia per adattarsi al paesaggio, ma non sono solo d'effetto. Si tratta di travi scatolari piegate, costruite in acciaio e collegate tra loro da blocchi di cemento, rinforzati con cavi d'acciaio.
In totale sono state utilizzate quasi 500 tonnellate di calcestruzzo di alta qualità, 5000 tonnellate di acciaio precompresso e 2000 tonnellate di acciaio di fondazione. Il GPR è la tecnologia più diffusa ed efficiente per ispezionare il calcestruzzo e rilevare ciò che si trova sotto la superficie, compresi i difetti e le armature. L'imaging strutturale dettagliato con rilevamento dei difetti e determinazione della resistenza e dell'omogeneità del calcestruzzo può essere effettuato con l'eco a impulsi ultrasonici. Il test a semicella può essere utilizzato anche per verificare la corrosione indotta dal cloruro, data la vicinanza dell'acqua di mare.
Oltre a essere una struttura emblematica di Abu Dhabi, il ponte Sheikh Zayed è un ponte estremamente funzionale e molto utilizzato dai veicoli, con circa 1600 auto che lo attraversano ogni ora. Con 8 corsie totali più quelle di emergenza, la sicurezza stradale è una grande priorità. Controllare la sicurezza di ogni dettaglio, compresa la segnaletica orizzontale, è un compito importante.
Con il complesso sistema di illuminazione del ponte, garantire una buona visibilità notturna e diurna della segnaletica orizzontale può contribuire a salvare vite umane e a proteggere la struttura dagli incidenti. La visibilità della segnaletica orizzontale può essere testata in modo sicuro ed efficiente con l'uso di tester dinamici di retroriflettenza collegati a un veicolo. In questo modo, la strada può rimanere aperta e non ci sono rischi per l'ingegnere che esegue i test.
Con tanti tipi di strutture di ponti e diverse tecnologie per ispezionarli, tradizionalmente è stata una sfida gestire tutti i dati da ogni fonte. Ora, i dati di tutte le varie tecnologie, i rapporti, i disegni, le foto e qualsiasi altro documento sono accessibili da un unico Workspace sicuro. Si tratta di una svolta per la gestione dei ponti, che consente di risparmiare tempo e costi sia a breve che a lungo termine e, soprattutto, di garantire la buona salute della struttura per evitare eventi disastrosi.
In tutto il mondo c'è ancora un grande bisogno di consapevolezza sulle ispezioni preventive. Le tecnologie sono cambiate radicalmente per diventare facili da usare, ergonomiche e persino democratizzate in modo da essere più accessibili. Disporre di registri digitali delle ispezioni e di rapporti accessibili sullo stato di salute dei ponti si è rivelato prezioso per prendere decisioni sulla manutenzione preventiva prima che le riparazioni diventino troppo impegnative da gestire.
Per proteggere il nostro mondo costruito e i nostri ponti globali, grandi e piccoli, le ispezioni periodiche con le attrezzature giuste e le strategie di manutenzione preventiva sono l'unico modo per raggiungere questo obiettivo colossale.
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