Autore: Francesco Loddo
Relatore: Pietro Crespi, Fausto Mistretta, Flavio Stochino
Azienda: Secured Solutions S.r.l.
Master: Progettazione sismica per costruzioni sostenibili – 2018/19
Un aspetto fondamentale nella valutazione della sicurezza delle costruzioni strategiche è il monitoraggio, sia nel breve che nel lungo periodo. In particolar modo le strutture strategiche in calcestruzzo armato, edificate negli anni 1950-1960, si trovano oggi in condizioni spesso distanti da quelle previste in progetto, nonostante abbiano ormai superato la vita utile teorica. I collassi strutturali hanno sottolineato la necessità di garantire una più efficace protezione delle costruzioni esistenti sia in caso di eventi eccezionali come terremoti o smottamenti, sia nelle normali condizioni di esercizio, perchè gli aumenti dei carichi uniti al degrado fisiologico dei materiali, possono portare a conseguenze fatali. In tal caso si parla del cosiddetto concetto di monitoraggio strutturale o “Structural Health Monitoring”.
Proprio in questo contesto assume un’importanza significativa la sperimentazione dinamica delle strutture e le tecniche di elaborazione dei risultati che consentono l’identificazione dei parametri significativi, quali frequenze, forme modali e smorzamento. L’obbiettivo principale è la conoscenza della risposta delle strutture mediante l’applicazione di tecniche non distruttive in campo dinamico, individuare eventuali stati di danno in atto e realizzare modelli di calcolo ottimizzati sulla base delle evidenze sperimentali, così da programmare un adeguato piano di manutenzione, garantendo la sicurezza delle opera in fase di esercizio.
Nel caso in oggetto si indaga un capannone industriale in calcestruzzo armato a pianta rettangolare con nucleo di collegamento in muratura (“Padiglione Grandi Modelli” della Facoltà di Ingegneria di Cagliari), caratterizzato da comportamento torsionale, e un ponte a campata unica con travi in calcestruzzo armato precompresso e soletta in calcestruzzo ordinario, a comportamento flessionale (Cavalcavia S.S. 195).
Per il primo è stato eseguito un monitoraggio continuo di circa 6 mesi, mediante rilevazioni accelerometriche della struttura sotto forzanti casuali di tipo ambientale e dovute al traffico. Per il secondo è stata eseguita una campagna di indagini dinamiche a breve termine, inserita in un contesto di indagini sperimentali volte alla valutazione della sicurezza strutturale di impianti industriali.
Le differenze sperimentali emergono in fase di estrazione delle caratteristiche modali: si è osservato come l’applicazione del metodo Pick Picking sia più difficoltoso in strutture torsionali, in quanto le componenti in frequenza sono rilevabili come composizione di accelerazioni nel piano ortogonale all’asse di torsione. Queste ultime, però, necessitano sovente di un forte filtro passa banda; invece, in strutture a comportamento flessionale, l’applicabilità del metodo è più semplice, in quanto i picchi rappresentativi delle frequenze fondamentali sono più evidenti.
Infine, si è osservato sperimentalmente come le frequenze sono soggette a modifiche cicliche legate alla variazione della temperature: in particolare è possibile asserire che l’aumento delle frequenze è direttamente proporzionale all’aumento della temperatura, legato alla chiusura delle microfessure interne del materiale.
fIgura1: modello FEM del Cavalcavia S.S. 195