Ponti bloccati, strade deformate: il caldo estremo sta devastando le infrastrutture americane che invecchiano

Estate 2024 calore record sta creando problemi alle infrastrutture dei trasporti, dalle strade alle ferrovie.

Lo era il ponte della Third Avenue di New York, che viene aperto al traffico navale sul fiume Harlem bloccato per ore dopo che il suo metallo si espandeva per il calore e non riusciva a chiudersi.Le strade hanno ceduto nelle giornate calde in diversi stati, incluso Washington E Wisconsin.Amtrak ha avvertito i passeggeri di prepararsi ai problemi legati al caldo ore prima di un'interruzione di un giorno tra New York e New Jersey;i rischi per le linee elettriche e le rotaie durante le alte temperature sono a crescente fonte di ritardi per il sistema ferroviario.

Non aiuta il fatto che il peggioramento del caldo stia colpendo gli Stati Uniti.sistema infrastrutturale già in difficoltà.

L'American Society of Civil Engineers ha dato agli Stati Unitiinfrastrutture un grado complessivo di C- nella sua ultima Report Card nazionale sulle infrastrutture, pubblicata nel 2021.Anche se c'è stato qualche miglioramento – circa 7,5% degli Stati Unitiponti erano in cattive condizioni, rispetto a oltre il 12% di dieci anni prima: molti ponti stanno invecchiando, rendendone difficile la manutenzione.Quaranta percento del sistema viario è stato considerato in condizioni scadenti o mediocri, e i costi di manutenzione sono notevolmente aumentati.

La velocità con cui un ponte o una strada si deteriora dipende non solo dai materiali e dai metodi di costruzione utilizzati, ma anche dal clima durante la vita della struttura.Il caldo estremo, in particolare, influisce in modo significativo sulle infrastrutture di trasporto.Con l’avanzare del cambiamento climatico, il frequenza e intensità delle ondate di calore dovrebbero aumentare, esacerbando questi problemi.

conduco lo Smart Infrastructure and Testing Laboratory presso l'Università del Texas ad Arlington, dove la mia squadra lavora su modi monitorare meglio lo stato di salute strutturale delle infrastrutture.Ecco perché le infrastrutture faticano a sopportare il caldo e come gli ingegneri stanno innovando per prolungarne la vita.

Le autostrade deformate rappresentano un pericolo per i conducenti

Quando viene costruita una strada, viene tagliata in segmenti creare spazio per l'espansione del pavimento durante il calore elevato o contrarsi al freddo.Senza quello spazio, la pavimentazione può cedere quando il materiale stradale si riscalda.Il cedimento della pavimentazione in cemento è diventato un problema serio in diversi stati.

La pavimentazione diventa vulnerabile all’instabilità per una serie di motivi.Il design della carreggiata, i materiali di cui è composta, il clima al momento della sua costruzione e le condizioni atmosferiche durante il suo ciclo di vita possono influenzarne la durata, così come i danni alla strada e le riparazioni improprie.

Temperature estreme e forti precipitazioni possono causare danni significativi alle strade e mettere a repentaglio l’integrità strutturale dei sistemi ferroviari.Inoltre, l’innalzamento del livello del mare è accelerando l’erosione costiera che può indebolire strade e ferrovie.Il deterioramento della pavimentazione porta a rallentamenti del traffico e veicoli danneggiati.E, soprattutto, può causare incidenti stradali.

Le rotaie calde possono espandersi e anche deformarsi

L’espansione delle ferrovie è un’altra preoccupazione significativa, soprattutto con le rotaie saldate continue come le linee principali utilizzate dai treni.

Quando le temperature aumentano, le rotaie si dilatano a causa del calore.Questa espansione può creare alta pressione e tensione all'interno del materiale della rotaia.Combinata con le forze esercitate dai treni in movimento, questa pressione può causare la deformazione laterale dei binari diventare disallineati.A volte viene definito “nodo del sole.”

Le rotaie deformabili rappresentano un grave pericolo per la sicurezza che può causare deragliamenti.Questo è uno dei motivi Amtrak rallenta la sua velocità in condizioni di caldo estremo, che spesso portano a ritardi nella programmazione.La metropolitana di Washington D.C. riduce la velocità dei suoi treni a a massimo di 35 mph una volta che le rotaie raggiungono una temperatura di 135 gradi Fahrenheit (57 gradi Celsius).

Prevedere questi stress termici può essere difficile.Le sole misurazioni della temperatura dei binari non sono sufficienti, perché ci sono molti fattori sconosciuti legati alla struttura del binario e al modo in cui si muove.Ciò rende difficile prevedere con precisione quanto si espanderanno o contrarranno le rotaie.

Gli ingegneri possono ridurre il rischio di espansione delle rotaie utilizzando materiali resistenti al calore, come rotaia ipereutettoide in acciaio e acciaio per rotaie martensite, adattando il design del binario e garantendo riparazioni tempestive.

Per evitare che le strade si pieghino, gli ingegneri hanno anche adottato misure protettive, come l’uso di giunti segati a taglio singolo riempiti di sigillante per fornire flessibilità mantenendo l’acqua fuori.Possono anche implementare pratiche di betonaggio per la stagione fredda che evitano di versare il calcestruzzo a basse temperature o su basi fredde e possono utilizzare calcestruzzo più resistente e durevole.Anche eseguire riparazioni tempestive quando la pavimentazione si rompe e si danneggia può aiutare a evitare cedimenti.

Mantenere le infrastrutture in salute

La salute delle infrastrutture è simile alla salute umana:Se i medici rilevano problemi come tumori o cancro solo nelle fasi successive, spesso è troppo tardi.Come i corpi umani, le infrastrutture devono essere mantenute fin dall’inizio per ridurre i costi e aumentare il potenziale di una riabilitazione efficace.

Un'area su cui lavora il mio dipartimento è metodi di valutazione non distruttivi per il monitoraggio delle infrastrutture senza causare danni o richiedere lunghe chiusure stradali.

Utilizziamo sistemi di scansione mobile che sono quasi come macchine per risonanza magnetica portatili per cercare debolezze o difetti in ponti, strade e piste.Stiamo inoltre sviluppando sensori avanzati che utilizzano fenomeni meccanici e di campo magnetico per valutare le condizioni delle infrastrutture e utilizziamo l’intelligenza artificiale per individuare problemi nei materiali.

Le infrastrutture dovranno affrontare sfide crescenti man mano che i cambiamenti climatici e le strade, i ponti e altre infrastrutture invecchiano.Il gran numero di strade deformate e altri problemi verificatisi quest’estate evidenziano l’urgente necessità di infrastrutture resilienti per resistere al futuro.