Proposta di algoritmi per l’analisi 3D dei degradi strutturali delle superfici stradali funzionali all’implementazione di procedure B.I.M. per la manutenzione

La gestione di una rete stradale rappresenta un metodo operativo volto a garantire la funzionalità dell’infrastruttura, correlata al ciclo di vita, e sicurezza e comfort di marcia per gli utenti. Negli ultimi anni è stata rivolta particolare attenzione agli studi riguardanti i possibili interventi nell’ambito del settore stradale, con la principale finalità di migliorare le condizioni di sicurezza della circolazione. Tale problema è molto complesso e vi sono parecchie variabili in gioco dalle quali dipendono, anche, le cause dei sinistri. La complessità sta nel fatto che la gestione delle infrastrutture stradali e, in particolare, delle pavimentazioni, è un processo che racchiude in sé fasi diverse fra loro e strettamente correlate. In particolare, il processo ingloba la pianificazione, la progettazione, la costruzione, il controllo e il rilevamento, la manutenzione e, infine, lo sviluppo di adeguate ricerche. Ognuna di queste attività richiede continue scelte decisionali spesso in conflitto fra loro e, in ogni caso, strettamente dipendenti dalle risorse economiche disponibili. Tali problematiche, quando non vengono risolte, aggravano il disagio per gli utenti e, con questo, anche i costi che deve sopportare la collettività. Il principale ostacolo ad una corretta gestione del patrimonio viario è la concezione che la strada sia un bene quasi eternamente durevole e che, pertanto, il decadimento delle sue caratteristiche funzionali venga avvertito solo quando si innescano reali pericoli per la circolazione; ma ciò, ovviamente, non deve essere l’obiettivo finale del processo di manutenzione. È, invece, fondamentale tenere sotto controllo i parametri prestazionali delle sovrastrutture, affinché, in fase di esercizio, le caratteristiche funzionali e strutturali siano ad un accettabile livello di efficienza. Esistono metodi di indagine e apparecchiature non invasive, definibili “ad alto rendimento”, che consentono con speditezza e grande precisione la valutazione dello stato di salute della sovrastruttura. In base a queste indagini è possibile effettuare un continuo rilevamento delle caratteristiche prestazionali della pavimentazione, a partire dalle condizioni iniziali, creando una banca dati contenente le informazioni storiche dell’infrastruttura, i dati relativi ai flussi di traffico e agli incidenti. Sulla base di queste considerazioni, l’obiettivo della tesi è, dunque, quello di fornire un supporto di tipo tecnico/applicativo per il monitoraggio dello stato delle pavimentazioni stradali, tramite la definizione di una procedura automatizzata volta all’analisi tridimensionale dei degradi strutturali delle superfici. Definire una metodologia che sia in grado di individuare e caratterizzare dettagliatamente i degradi delle pavimentazioni diventa di fondamentale importanza per poter contribuire al monitoraggio e conseguente riqualificazione delle infrastrutture viarie. Per questo sono state sviluppate metodologie per l’analisi dei degradi, soffermando l’attenzione sulle buche e sulle irregolarità superficiali. In particolare, è stato codificato un algoritmo per la caratterizzazione automatica delle buche stradali, partendo da mappe tridimensionali della superficie, col fine di sviluppare una procedura intesa come valida alternativa alle moderne e ormai diffuse metodologie di pothole detection. La procedura ha permesso un'analisi globale dello stato della pavimentazione, individuando efficacemente le buche ed escludendo falsi positivi o altre forme di irregolarità. L'algoritmo riesce ad elaborare le immagini digitali 3D in modo diretto, senza interruzioni e/o interventi manuali, e con una certa efficienza, poiché fornisce risultati coerenti su vari tipi di immagini, con diversi livelli di illuminazione e rumore, toni, forma delle buche presente, ecc. L'approccio proposto è caratterizzato dall'interconnessione tra le caratteristiche geometriche bidimensionali della buca, quali forma, perimetro e area, e la stima della profondità. I risultati ottenuti possono essere utilizzati per classificare le buche in base alla loro estensione e profondità, per efficaci e utili analisi di manutenzione a livello di progetto o anche per valutazioni di sicurezza per i conducenti dei veicoli a 2 ruote. Pertanto, le potenzialità dell'algoritmo rappresentano un valido supporto ai processi di manutenzione e gestione della sicurezza stradale e consentono di integrarlo perfettamente con altre procedure di rilevamento automatico, come quelle già disponibili per crepe. Al fine di salvaguardare le prestazioni dell’infrastruttura, un ulteriore passaggio di questa ricerca è stato quello di studiare anche altre forme di irregolarità che comportano una riduzione delle adeguate condizioni di sicurezza, ovvero le irregolarità superficiali, siano esse ormaie o depressioni. Per questi motivi, è stato rapportato il codice di rilevamento e analisi delle buche al caso delle irregolarità superficiali. Utilizzando come base l’algoritmo di analisi delle buche, con qualche modifica, risulta possibile sviluppare un nuovo codice per il rilevamento delle irregolarità superficiali, in modo da garantire una valutazione complessiva e maggiormente rappresentativa del reale stato di degrado delle pavimentazioni. Tutto ciò, in un primo approccio, è stato pensato solo in termini teorici, per ragioni sia tempistiche che applicative; un passo avanti potrà essere, dunque, quello di codificare e validare una nuova procedura di analisi degli avvallamenti, sulla base di quanto già realizzato. Comunque, alla luce di ciò, è stata condotta un’analisi sul comportamento delle pavimentazioni in occasione di eventi piovosi, confrontando lo stato fisico delle superfici ammalorate ad analisi idrauliche relative all’accumulo di acqua superficiale. Ci si è chiesti se la presenza di degradi diffusi sulla superficie influisce sulle condizioni di sicurezza di guida e in che misura, rapportando i vari scenari alle condizioni di strada bagnata. È noto come la presenza di acqua influisca in maniera decisamente negativa sulle condizioni di aderenza ruota-superficie, portando a situazioni di pericolo specialmente in corrispondenza di alcune tipologie di degrado. In particolare, gli scenari di minima sicurezza si hanno in corrispondenza delle irregolarità superficiali (ormaie, depressioni) in corrispondenza delle quali si creano veri e propri serbatoi d’acqua che limitano, se non annullano del tutto, l’aderenza tra lo pneumatico e la superficie stradale (condizioni di aquaplaning). È stata, dunque, proposta una metodologia per la valutazione del rischio idraulico tramite la definizione di un nuovo indice prestazionale, cui è stato dato il nome di Hydraulic Condition Index (HCI), volto alla definizione delle condizioni della pavimentazione in presenza di irregolarità del manto stradale (tramite il coefficiente fisico CF) e in occasione di eventi piovosi (tramite il coefficiente idraulico CH). L’obiettivo è fornire un giudizio qualitativo/descrittivo sulle prestazioni della pavimentazione e, quindi, sul livello di rischio idraulico cui la strada è sottoposta.