Caratterizzazione dinamica mediante forzanti ambientali

Il ponte oggetto d’indagine, orientato N-S, è realizzato in c.a. Si sviluppa su tre campate, semplicemente appoggiate, ordite tra due spalle e due pile. La campata centrale, sulla quale sono state eseguite le misure, si sviluppa per circa 12.60 m  tra pile a fusto unico con sezione rettangolare.

Nell’ambito della campagna d’indagini per la caratterizzazione dinamica presso il cantiere in oggetto sono state eseguite le seguenti prove:

• misura del primo modo di vibrazione;
• misura della frequenza di risonanza del ponte e del terreno di fondazione mediante sismica passiva a stazione singola.

Le vibrazioni alle quali una struttura è sottoposta possono ridurne sia l’efficienza strutturale sia l’integrità, aumentandone la vulnerabilità. L’analisi vibrazionale costituisce, pertanto, un valido strumento di diagnostica e verifica strutturale. Generalmente, consente di verificare se sussistono le condizioni perché si verifichi un danno in seguito a sollecitazione spontanee o indotte a carattere impulsivo, transitorio e/o continuo.

Le misure forniscono la velocità di spostamento del punto di applicazione e la frequenza di vibrazione della struttura, la quale la caratterizza dal punto di vista dinamico. Variazioni, nel tempo, di tale parametro può essere associabile ad una qualunque forma di degrado strutturale.

L’indagine è stata condotta impiegando strumentazione elettronica denominata Vibraloc, costituita da una terna di geofoni/canali opportunamente settati per l’acquisizione delle tre componenti del moto:

1. Canale V=1 verticale;
2. Canale L=2 longitudinale;
3. Canale T=3 trasversale.

Lo strumento, programmato per registrare sollecitazioni producenti velocità di spostamento del punto di applicazione maggiore/uguale a 0.7 mm, è stato posizionato sulla mezzeria lato W dell’impalcato con l’asse L parallelo a quello del ponte ed orientato verso N. Le sollecitazioni sono state prodotte dal passaggio di due autocarri.

L’elaborazione dei dati ha consentito di determinare gli attuali primi modi di vibrazione del ponte. Di lato si riportano i valori relativi all’evento significativo n° 134.

Nelle applicazioni d’interesse ingegneristico, generalmente, la determinazione delle frequenze caratteristiche di vibrazione delle strutture e lo studio della funzione di risposta del suolo avvengono applicando sollecitazioni note, solitamente di tipo sinusoidale o impulsivo, e misurando successivamente lo spostamento o l’accelerazione. Tali sollecitazioni possono essere di origine artificiale o naturale (dinamica terrestre, vento, onde marine) qual è il microtremore (10^-4÷10^-2 mm in termini di spostamento).

Tra le tecniche che si basano su registrazioni di noise sismico, gode di straordinaria fama quella dei rapporti spettrali tra le componenti orizzontali e verticali del moto del suolo (HVSR). Essa è assolutamente non invasiva ed universalmente riconosciuta come capace di fornire stime affidabili delle frequenze fondamentali di suolo e/o strutture con costi bassi. La strumentazione utilizzata per la registrazione del microtremore è il tromografo digitale TROMINO dotato di un GPS interno e di tre velocimetri orientati, rispettivamente, nelle tre direzioni N-S, E-W e verticale.

Le misure per la caratterizzazione dinamica sono state eseguite in ottemperanza alle linee guida del progetto SESAME (2004): la prima nella mezzeria W dell’impalcato (durata 12’) e la seconda sul terreno ove il cavalcavia è ubicato (durata 20’). In entrambi i casi, il tromografo è stato posizionato parallelamente all’asse del ponte ed orientato verso N.

Il processing dati, acquisiti alla frequenza di campionamento di 256 Hz, amplificati e digitalizzati a 24 bit, ha restituito il valore medio dei rapporti spettrali tra le componenti orizzontali e verticali del moto del suolo in funzione della frequenza consentendo, quindi, di determinare le attuali frequenze fondamentali del ponte e del terreno.

Di lato è riportato il risultato del processing della misura effettuata sul ponte. In particolare, si notino i picchi a 10.2, 15.0 e 16.5 Hz, rispettivamente, per le componenti verticale, longitudinale (N-S) e trasversale (E-W). La curva H/V vs frequenza è ottenuta dall’analisi della misura effettuata sul terreno.

I picchi con ampiezza maggiore (circa 3) sono quelli a 19.1 e 30.6 Hz dovuti a due discontinuità stratigrafiche piuttosto superficiali. Tali frequenze si discostano da quelle di risonanza del ponte, sicché attualmente si escludono fenomeni di risonanza tra suolo e struttura che aumenterebbero la vulnerabilità sismica del ponte in seguito ad un terremoto medio-forte. Di fianco sono riportati i risultati completi della caratterizzazione dinamica.