Asfalto autoriparante ecosostenibile con IA

Soluzioni green progettate per ridurre l’impatto ambientale e migliorare la longevità.

L’asfalto è il materiale più utilizzato per la costruzione di strade e autostrade in tutto il mondo. Tuttavia, è soggetto a deterioramento a causa di fattori ambientali e del traffico pesante, il che richiede costose operazioni di riparazione e manutenzione. L’idea di un asfalto auto-riparante è nata per affrontare queste sfide, migliorando la longevità delle superfici stradali e riducendo i costi associati alle riparazioni.

L’asfalto auto-riparante è una delle innovazioni più promettenti nell’ingegneria civile, poiché risolve uno dei problemi più comuni delle strade asfaltate: il deterioramento dovuto all’usura e alle condizioni climatiche avverse. Tradizionalmente, il ripristino delle strade danneggiate richiede interventi frequenti e costosi, ma con l’introduzione di questo nuovo materiale, i costi e l’impatto ambientale possono essere significativamente ridotti.

Il concetto di asfalto auto-riparante si basa sull’idea che il materiale, una volta danneggiato, possa rigenerarsi autonomamente senza interventi esterni. L’approccio adottato dal team di ricercatori si differenzia dalle soluzioni precedenti per il suo impiego di biomassa come materiale di partenza e l’utilizzo di intelligenza artificiale (IA) per ottimizzare il processo di riparazione.

L’asfalto tradizionale è composto principalmente da bitume e aggregati, ma questi materiali sono vulnerabili a danni causati da traffico pesante, variazioni termiche e agenti atmosferici. Nel nuovo asfalto, i ricercatori hanno incorporato microsfere di materiale rigenerativo che si attivano in risposta ai danni. Quando l’asfalto subisce crepe o danni strutturali, queste microsfere rilasciano una resina che sigilla automaticamente le fessure, riducendo la necessità di interventi manuali.

Le microsfere di biomassa utilizzate nel progetto sono derivate da rifiuti organici, come scarti di piante, che vengono trattati e trasformati in un materiale altamente reattivo. Questo approccio offre un vantaggio significativo rispetto agli asfalti tradizionali, in quanto riduce la dipendenza da materiali petrolchimici, con benefici in termini di sostenibilità.

Gli asfalti auto-riparanti tradizionali utilizzano microcapsule contenenti agenti riparatori che vengono rilasciati quando si formano crepe nel materiale. Tuttavia, questo nuovo approccio sviluppato dai ricercatori internazionali si distingue per l’uso di rifiuti di biomassa e intelligenza artificiale per ottimizzare le proprietà auto-riparanti del materiale.

I progetti

Un team di ricercatori internazionali, composto da esperti della Swansea University, del King’s College di Londra e dell’Universidad del Bío-Bío a Concepción, ha sviluppato un tipo di asfalto auto-riparante utilizzando rifiuti di biomassa e intelligenza artificiale.

I rifiuti di biomassa sono materiali organici derivati da piante e animali, come residui agricoli, rifiuti forestali e scarti alimentari. Questi materiali sono ricchi di composti organici che possono essere utilizzati per migliorare le proprietà del bitume, il legante principale dell’asfalto.

Il processo di integrazione dei rifiuti di biomassa nell’asfalto prevede diversi passaggi. Innanzitutto, i rifiuti di biomassa vengono raccolti e trattati per rimuovere impurità e composti indesiderati. Successivamente, i materiali trattati vengono convertiti in bio-olio attraverso un processo di pirolisi, che implica la decomposizione termochimica dei materiali organici in assenza di ossigeno. Il bio-olio ottenuto dalla pirolisi viene poi miscelato con il bitume per creare un legante modificato che possiede proprietà auto-riparanti.

Il bio-olio contiene una varietà di composti organici che possono interagire con il bitume e migliorare le sue proprietà viscoelastiche. Questi composti aiutano a ridurre la viscosità del bitume, facilitando la chiusura delle crepe quando l’asfalto è sottoposto a stress termici e meccanici. Inoltre, il bio-olio può contenere agenti riparatori che vengono rilasciati quando si formano crepe, contribuendo ulteriormente alla riparazione del materiale.

“Queste soluzioni avanzate mirano a prevenire autonomamente la fessurazione precoce delle strade, riducendo così la loro progressione in future buche”, ha affermato il dottor Jose Norambuena-Contreras, docente senior presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Swansea. “Le capsule sono incorporate nella miscela di asfalto della pavimentazione. Ciò significa che modificano il bitume e si integrano nel materiale, pur non essendo direttamente esposti all’ambiente, in quanto rimangono all’interno dell’asfalto. In questo senso, la spora agisce come un additivo che migliora l’autoguarigione dell’asfalto senza essere direttamente esposta all’acqua”.

Altri due progetti innovativi stanno rivoluzionando il campo degli asfalti auto-riparanti, ciascuno con approcci e tecnologie uniche.

Il progetto SHARP (Self Healing Asphalt for Road Pavements), finanziato dall’Unione Europea, si concentra sullo sviluppo di un sistema di auto-riparazione per pavimentazioni stradali in asfalto. La tecnologia principale utilizzata prevede l’incapsulamento di agenti riparatori all’interno del conglomerato bituminoso. Quando si formano micro crepe, queste microcapsule si aprono e rilasciano il materiale riparatore che si diffonde nel legante dell’asfalto, sigillando le fessure. Questo sistema è ulteriormente potenziato con l’uso di riscaldamento a induzione per riparare crepe di dimensioni maggiori. Il riscaldamento a induzione si basa su fibre di acciaio incorporate nel manto stradale che, una volta riscaldate da un veicolo dotato di un campo magnetico, fanno fondere il bitume e riparano la superficie stradale.

L’Università di Delft, sotto la direzione del ricercatore Erik Schlangen, ha creato un asfalto auto-rigenerante che incorpora fibre d’acciaio nella matrice dell’asfalto. Questo asfalto è ideato per essere riscaldato attraverso l’induzione magnetica. Quando si formano crepe, un veicolo equipaggiato con un grande magnete percorre la strada, riscaldando le fibre d’acciaio tramite induzione. Il calore generato fonde il bitume circostante, che fluisce nelle micro-fessure riparandole. Questa metodologia consente di effettuare riparazioni del manto stradale in modo non invasivo, riducendo i costi di manutenzione e allungando la durata delle strade.

I test effettuati su strade reali nei Paesi Bassi hanno evidenziato che il riscaldamento a induzione delle fibre d’acciaio è in grado di riparare le micro-fessure presenti nell’asfalto. Un veicolo dotato di un potente magnete riscalda le fibre d’acciaio tramite induzione, provocando la fusione del bitume, che penetra nelle micro-fessure e ripara il manto stradale. Questa tecnologia è stata sperimentata con successo su vari tratti stradali, dimostrando un significativo miglioramento nella durabilità delle superfici stradali.

I test condotti hanno confermato l’efficacia del riscaldamento a induzione nell’eliminare le micro-fessure. L’approccio è stato verificato su diverse strade, evidenziando un incremento notevole nella durabilità della pavimentazione stradale.

Applicazione dell’Intelligenza Artificiale

Un altro aspetto rivoluzionario di questi progetti è l’adozione dell’intelligenza artificiale (IA) per ottimizzare le proprietà dell’asfalto auto-riparante. L’IA analizza dati provenienti da prove di laboratorio e condizioni reali, identificando i parametri fondamentali che influenzano le proprietà auto-riparanti del materiale. Questi dati vengono utilizzati per sviluppare modelli predittivi che guidano il processo di progettazione e produzione dell’asfalto.

Gli algoritmi di machine learning vengono addestrati con dati riguardanti vari parametri, come la composizione del bio-olio, le proprietà del bitume, le condizioni ambientali e i carichi di traffico. Grazie a questi dati, l’IA può identificare le combinazioni ottimali di materiali e condizioni operative che massimizzano le proprietà auto-riparanti dell’asfalto. Questo approccio permette di sviluppare formule personalizzate per l’asfalto auto-riparante, adattate alle specifiche esigenze delle diverse aree geografiche e condizioni di traffico.

L’integrazione dell’intelligenza artificiale nel progetto rappresenta una delle caratteristiche più innovative. L’IA viene utilizzata per monitorare e ottimizzare continuamente il processo di auto-riparazione. Sistemi di sensori intelligenti sono incorporati nell’asfalto per raccogliere dati sul suo stato in tempo reale, rilevando danni o crepe non appena si formano.

Il sistema di IA è alimentato da algoritmi avanzati che analizzano i dati raccolti dai sensori. Questi algoritmi determinano il momento esatto in cui il materiale rigenerativo deve essere attivato e distribuito per riparare il danno. L’uso di IA consente una risposta immediata, evitando che il danno si propaghi e riducendo la necessità di interventi manuali.

Inoltre, l’IA può prevedere il deterioramento futuro della strada, raccogliendo e analizzando dati storici e dinamici, come le condizioni meteorologiche e il carico del traffico. In questo modo, è possibile anticipare le necessità di manutenzione, riducendo i costi operativi a lungo termine e migliorando la durata complessiva delle strade.

Case Study

Per valutare l’efficacia dell’asfalto auto-riparante sviluppato dai ricercatori internazionali, sono stati avviati diversi studi di caso e progetti pilota in varie località. Questi progetti mirano a testare le proprietà auto-riparanti dell’asfalto in condizioni reali e a raccogliere dati utili per ottimizzare ulteriormente la tecnologia.

Uno dei principali progetti pilota è stato avviato nel Regno Unito, dove tratti di strada selezionati sono stati pavimentati con l’asfalto auto-riparante. I ricercatori della Swansea University e del King’s College di Londra hanno monitorato attentamente le condizioni delle strade, utilizzando sensori e sistemi di monitoraggio avanzati per rilevare la formazione di crepe e valutare l’efficacia delle proprietà auto-riparanti. I risultati preliminari indicano che l’asfalto auto-riparante è in grado di chiudere automaticamente le crepe entro pochi giorni dalla loro formazione, migliorando la durabilità delle superfici stradali.

In Cile, l’Universidad del Bío-Bío a Concepción ha collaborato con le autorità locali per implementare un progetto pilota su una strada principale. Anche in questo caso, i dati raccolti hanno dimostrato che l’asfalto auto-riparante ha significativamente ridotto la necessità di interventi di manutenzione, traducendosi in risparmi economici per le amministrazioni locali.