Monitoraggio strutturale e test modale di ponti e viadotti: finalmente è possibile correlare la risposta con la reale massa in transito

La presa di coscienza, anche a seguito di alcuni tragici crolli, dello stato di vulnerabilità e di invecchiamento del gran numero di opere d’arte presenti sulla viabilità ordinaria o autostradale, sta portando sempre più l’attenzione dei gestori e dei responsabili di queste infrastrutture verso i sistemi IBM (Intelligent Bridge Monitoring) per la sorveglianza e monitoraggio dei ponti e viadotti in esercizio.

I sistemi intelligenti di monitoraggio prevedono l’installazione di una rete di sensori di differenti tipologie, fra cui accelerometri, inclinometri, strain gauge, sensori di spostamento, fessurimetri, distanziometri ecc. che posizionati in specifici punti permettono di rilevare la risposta dinamica della struttura tramite il monitoraggio continuo della stessa.

L’elaborazione della grande quantità di dati rilevati permette di ottenere l’identificazione dinamica o test modale (Modal Testing o Modal Identification) della struttura e determinare così molteplici parametri strutturali dinamici reali, in quanto generati sulla base di darti di esercizio reali. L’identificazione dinamica può essere condotta secondo tecniche di tipo OMA (Operation Model Analisys) che considerano solamente la risposta del “sistema ponte” oppure secondo tecniche di tipo EMA (Experimental Model Analysis) che considerano pure essi la risposta del sistema, ma correlandola all’azione forzante insistente sulla struttura. Per ulteriori approfondimenti si può consultare il seguente link.

Monitoraggio strutturale e test modale di ponti e viadotti: finalmente è possibile correlare la risposta con la reale massa in transito

Risulta evidente come, in caso di ponti e viadotti, il carico rappresentato dalla massa in transito istantaneamente nei differenti punti della struttura rappresenti la principale componete dell’azione forzante (“ingresso del sistema”), ma altrettanto risulta evidente quanto problematico sia poter conoscere questo dato in maniera precisa, continua, referenziata nello spazio e ne tempo e riferita al traffico reale anziché a campagne di misurazioni effettuate in un ristretto intervallo temporale e spesso anche con una flotta di veicoli in transito specificamente predisposti allo scopo e per nulla rappresentativi del traffico reale in transito.

Sebbene la tecnologia elettronica, nelle sue declinazioni ottiche ed elettromagnetiche, abbia ormai da tempo permesso di rilevare numerose grandezze relative al traffico con dispositivi quali telecamere, radar, lidar e spire permettendo di calcolare il numero di mezzi in transito, la loro velocità e tipologia, nessuno di questi sistemi è ancora in grado di determinare la massa realmente in transito su un tratto di viabilità con precisine ed in maniera continuativa nel tempo.

La tecnologia abilitante per la risoluzione di questo annoso problema è rappresentata dall’utilizzo di un sistema di pesatura dinamica, collocato sull’impalcato del ponte o nelle immediate vicinanze sia a monte che a valle dell’opera, che rileva in tempo reale e in continuo la massa in transito sulla totalità delle corsie e delle carreggiate caratterizzanti lo specifico tratto di viabilità.

Il ponte di Sabbioncello, che collega la Croazia con l’Europa.

Il sistema di pesatura dinamica BISONTE, lo strumento che permette di conoscere il carico su ponte in ogni momento

Il sistema di pesatura dinamica BISONTE sviluppato e prodotto dall’azienda italiana IWIM, permette, grazie all’elaborazione dei dati ponderali e cinematici rilevati dal proprio sistema, di calcolare la reale massa in transito insistente sull’opera. Risulta quindi finalmente nota sia la distribuzione spazio-temporale della massa reale in transito che la composizione della stessa in termini di tipologia dei mezzi che possono generare situazioni di carico puntale differenti.

L’utente, accedendo ad una interfaccia web in cloud, può elaborare in autonomia lo stato di carico negli istanti temporali di proprio interesse insistente su differenti sezioni dell’opera grazie a traguardi spaziali definibili a piacere e che possono quindi rappresentare l’intero ponte o la suddivisine dello stesso in campate o sezioni in esame. L’elaborazione restituirà quindi in maniera dinamica l’andamento nel tempo del carico insistente sull’opera evidenziando il trasferimento del carico da una sezione all’altra della struttura nell’intervallo temporale definito di interesse.

Poiché il sistema di pesatura dinamica BISONTE rileva il peso di ciascun semiasse e le geometrie dei mezzi in transito in termini di larghezza e distanza degli assi, la distribuzione del carico in transito viene rappresentata come evoluzione temporale delle zone di contatto delle singole ruote col piano viabile evidenziando pure se si tratti di assi singoli o gemellati.

Grazie al rilevamento dei pesi per singola corsia, la distribuzione del carico verrà restituita referenziata in due dimensioni permettendo di valutarne l’entità della sollecitazione insistente sul sistema sia lungo un piano longitudinale che trasversale alla struttura e quindi al piano viabile.

Al fine di permettere agli ingegneri strutturisti di eseguire la correlazione temporale e funzionale fra l’azione forzante e la risposta del sistema tramite appositi software di modellazione, il risultato dell’elaborazione della distribuzione spazio-temporale della massa in transito viene resa disponibile tramite un file di interscambio dati in formato JSON che permette un rapido e semplice interfacciamento coi software di calcolo.

Il sistema BISONTE installato sul nuovo Ponte di Genova.

Il sistema di calcolo della massa in transito offerto dal sistema BISONTE produce anche report in forma aggregata che permettono di avere finalmente contezza, a più alto livello, dell’effettivo carico totale in transito ed evidenziare singole situazioni o pattern ripetitivi di sovraccarico dando la possibilità di evidenziare specifiche correlazioni con la composizione del traffico. Una simile reportistica si configura come un insostituibile strumento di supporto nella previsione e pianificazione degli interventi di manutenzione sia in termini di risorse tecniche che economiche e di disagi alla circolazione. Infine un ulteriore plus è rappresentato dalla possibilità di correlare la massa realmente transitata e l’usura e il deterioramento dell’infrastruttura nel medio lungo periodo.

Da ultimo, preme evidenziare come la funzione di calcolo della massa reale in transito non sia legata strettamente alla presenza di un’opera d’arte quale un ponte od un viadotto, ma possa essere utilizzata anche per determinare la massa in transito in un intervallo spaziale nei pressi del sistema di pesatura anche su viabilità su terra, in trincea o in rilevato