La pianificazione della resilienza: 3 idee per le nuove frontiere del futuro
Le storie di molti supereroi possono essere lette come antidoti alle incertezze e alle politiche del proprio tempo, da Superman dell’era della Grande Depressione e Capitan America che combatte i fascisti, a Pantera Nera che guarda dall’alto in basso l’ingiustizia razziale interplanetaria. Il capitolo più recente degli Avengers, Avengers: Endgame, uscito nella stessa settimana della Giornata della Terra 2019, segue questa tendenza, ma questa volta la minaccia è ambientale: una battaglia che riflette l’ansia collettiva della nostra quest’epoca per il destino del Pianeta.
I cambiamenti climatici, il terrorismo e le reti intelligenti hanno stravolto i modelli di pianificazione e analisi, rendendo l’ambiente costruito vulnerabile a livello globale. Di conseguenza, molti ingegneri civili stanno adottando nuovi ruoli come amministratori sociali e ambientali – un nuovo quadro di supereroi dietro le quinte. In questo articolo, gli ingegneri raccontano tre trend di resilienza e come la preparazione all’incertezza ha rifocalizzato la lunga storia di dovere civico della professione.
1. Adattarsi ai cambiamenti climatici con l’ingegneria della resilienza
La quarta Valutazione Nazionale del clima, pubblicata a novembre 2018, riporta che le temperature medie globali aumenteranno fino a 9 gradi entro la fine di questo secolo. Il rapporto cita pericoli esistenti e previsti, per esempio un maggiore rischio di inondazioni dovute a pesanti precipitazioni piovose in Louisiana ed una scarsità di acqua a causa della siccità nel bacino del fiume Colorado. Il tributo strutturale e umano di questi esiti dipenderà, in gran parte, dall’impegno della comunità internazionale per ridurre le emissioni dei gas serra.
La Società Americana degli ingegneri civili (ASCE) ha pubblicato nel 2018 un nuovo manuale che offre modelli emergenti di valutazione dei rischi basati su scenari climatici con percorsi ampiamente divergenti, dice David Odeh, consigliere di amministrazione di ASCE e direttore presso Odeh Engineers.
“Una volta, con ragionevole certezza, potevamo prevedere quale sarebbe stata la peggiore delle inondazioni in 100 anni sulla base dei dati storici”, continua Odeh. “La nostra società è incaricata, tra le altre cose, di valutare la profonda incertezza climatica causata da siccità, piogge intense, innalzamento del livello dei mari, eccetera, e di creare modelli nuovi o potenziati per la progettazione delle infrastrutture”.
Un modo per gestire questa profonda incertezza è il design adattivo. Unendo la modellazione probabilistica e i dati osservativi, questo approccio consente di pianificare variazioni fisiche alle strutture quando vengono superate le soglie di rischio o di perdita. Odeh cita come esempio il Corridoio ferroviario Los Angeles/San Diego/San Luis Obispo (LOSSAN) di 565 km. “In futuro, se si verificheranno alluvioni con livelli di danni più elevati o pericoli di inondazioni più gravi, sarà possibile sollevare i supporti, alzandoli fino a 1,5 metri in certi tratti. La palificata di fondazione è progettata per gestire una linea ferroviaria potenzialmente più alta”.
2. Per le emergenze, una migliore preparazione e mitigazione dei disastri
Gli attacchi terroristici dell’11 settembre e, più di recente, gli attacchi a Parigi del novembre 2015 e le bombe nello Sri Lanka del 2019, hanno reso tragicamente umana la vulnerabilità delle infrastrutture ad azioni criminali di vario tipo. Kent Yu, direttore della Infrastructure Resilience Division (Divisione per la resilienza delle infrastrutture) dell’ASCE, riferisce che la dichiarazione della strategia aziendale 499 del 2018 fornisce agli ingegneri civili un quadro di supporto per la risposta alle emergenze e per le attività di recupero. Il quadro programmatico supporta anche le indagini sugli effetti dei pericoli naturali e antropici per le infrastrutture e il miglioramento della capacità delle infrastrutture vecchie e nuove di “resistere e riprendersi rapidamente dalla distruzione”.
Fondamentale per la politica è una migliore coordinazione e pianificazione della resilienza tra i progettisti, i manager delle emergenze cittadine, i proprietari e gli operatori delle infrastrutture e le agenzie federali. “Pensate a quante infrastrutture stiamo costruendo”, continua Yu. “Impianti per le acque reflue, impianti energetici, strade, ponti, ferrovie ed edifici. Grazie a questa mentalità di resilienza, che mette in pratica standard, tecnologie e conoscenze deliberatamente nuovi, cambieremo la nostra prassi e saremo meglio preparati a gestire disastri umani e cambiamenti climatici”.
Don Dusenberry, consulente principale per l’ingegneria meccanica alla Simpson Gumpertz & Heger Inc., guida un comitato dell’Istituto per l’ingegneria strutturale dell’ASCE che sta sviluppando nuovi standard per l’attenuazione dei crolli di grandi dimensioni.
Dusenberry sostiene che ci sono tre metodi essenziali per ridurre il rischio dovuto a un attacco terroristico. Per prima cosa, eliminare la minaccia installando delle barriere. Secondo, rafforzare la struttura per limitare i danni di un impatto, un’esplosione o un incendio. Infine, creare un percorso di carico alternativo in grado di trasferire le sollecitazioni attraverso la struttura in caso di cedimento di uno degli elementi portanti. “Lo standard è orientato principalmente verso la terza opzione: come progettare un edificio capace di sopportare danni che, altrimenti, lo porterebbero al crollo”, continua.
Le tecniche di attenuazione dei crolli di grandi dimensioni hanno applicazioni essenziali e salvavita in vari tipi di beni infrastrutturali, tra cui edifici governativi, grattacieli e ponti, prosegue Dusenberry, che è stato un membro della squadra sulle prestazioni degli edifici che ha esaminato il Pentagono dopo gli attacchi dell’11 settembre. Sebbene il Pentagono non fosse stato progettato per la resilienza contro i crolli, Dusenberry sostiene che le sue prestazioni dopo l’attacco sono state un’utile guida.
“Anche se l’aereo si è schiantato nell’edificio praticamente al primo piano, i piani superiori non sono collassati immediatamente”, continua. “Sono rimasti in piedi per 15-20 minuti: un tempo sufficiente perché gli occupanti dei piani superiori venissero evacuati. La struttura aveva una resistenza residua sufficiente, anche grazie all’anima in muratura della parete esterna che ha permesso ai piani superiori di collaborare per contenere il danno, come una trave molto profonda”.
3. Trasporti più sicuri con la cibernetica
Quando i produttori di automobili e le aziende tecnologiche hanno cominciato a fare grossi investimenti nei veicoli autonomi, politici e ingegneri civili sono stati sollecitati a creare strade connesse che potessero offrire una maggiore sicurezza per i cittadini e una riduzione del traffico.
Yinhai Wang, professore di ingegneria dei trasporti e direttore e fondatore del laboratorio di ricerca Smart Transportation Applications and Research Laboratory (STAR Lab) all’Università di Washington, dice che la cibernetica – la scienza che studia i sistemi connessi in rete costruiti per raggiungere obiettivi collettivi e migliorare l’efficienza – ha attirato l’attenzione delle autorità del trasporto statale e locale.
Da molti anni, continua Wang, le città globali usano rilevatori a induzione, dispositivi magnetici ed elaboratori di immagini video per rilevare e regolare i flussi di traffico presso strade e incroci. Tuttavia, un tale sistema di rilevazione è insufficiente per supportare i veicoli connessi e autonomi (VCA) del futuro. L’Istituto per i trasporti e lo sviluppo (T&DI) dell’ASCE ha lanciato un comitato sugli impatti dei VCA per studiare come le applicazioni VCA influenzino la pianificazione, la progettazione, la realizzazione e la manutenzione delle infrastrutture stradali future. “Le strade del futuro sono più intelligenti perché sono connesse con gli utenti, vale a dire veicoli e pedoni, e sono supportate da potenti sistemi decisionali”, spiega Wang.
Le strade più intelligenti, rese possibili dalle tecnologie VCA, sono fondamentali per programmi come Road to Zero del Dipartimento dei Trasporti statunitense, che mira a eliminare gli incidenti stradali entro il 2046. “Da questa prospettiva, stiamo cercando di capire come dobbiamo progettare e attrezzare le infrastrutture stradali per renderle più sicure, più affidabili e più efficienti”, dice Wang.
Allo STAR Lab, Wang è a capo dello sviluppo di una tecnologia per la rilevazione del traffico chiamata Mobile Unit for Sensing Traffic versione II (MUST-II). MUST-II, oltre ad essere il classico sistema di sensori che raccoglie dati in tempo reale su veicoli e pedoni, sui volumi di una sezione, sulle condizioni del manto stradale e sulla visibilità, può fungere da unità stradale per comunicare con i veicoli e i pedoni.
I dati acquisiti dai sensori MUST-II possono essere visualizzati su DRIVE Net, una piattaforma online sviluppata da STAR Lab e finanziata da PacTrans e dal Dipartimento dei Trasporti dello Stato di Washington. “In un incrocio, se una persona vuole attraversare e ha un’app che si connette al controllore del segnale attraverso il nostro MUST-II, il segnale elaborerà la richiesta e fornirà il segnale di verde al pedone nel modo migliore”, spiega Wang.
“Il futuro vedrà una forte mescolanza di autisti umani e robotici”, continua Wang. “Come affronteremo l’interazione tra i due? Sarà necessaria una ricerca molto attiva da parte dell’industria, del mondo accademico e delle agenzie: ci vorrà del tempo ma, alla fine, tutto funzionerà senza problemi”.
Questo articolo è stato aggiornato. Era originariamente pubblicato nel dicembre 2019.