Caratterizzazione dinamica impulsiva di un viadotto

Al fine di determinare le frequenze fondamentali di ciascuna campata del viadotto in esame, sono state acquisite le vibrazioni prodotte sia dal rumore ambientale (es. traffico veicolare), sia da una forzante impulsiva la quale risulta necessaria per sollecitare in maniera sufficientemente ampia il maggior numero di modi di vibrazione.

In particolare sono state effettuate 22 misure per la carreggiata che convenzionalmente denominata come “LATO MARE” e 20 in quella denominata “LATO MONTE”, entrambe a 2 corsie.

Descrizione della prova

Le sollecitazioni impulsive sono state generate da un energizzatore a componente verticale (brevettato da Metra Lab) posto in corrispondenza della mezzeria di ciascuna campata. Essendo facilmente trasportabile, ha consentito di effettuare diverse acquisizioni in un solo giorno a fronte di costi di indagine ridotti rispetto alle usuali metodologie adottate.

I segali sono stati acquisiti da una terna di accelerometri posizionati anch’essi in mezzeria e connessi ad un analizzatore multicanale per essere trasmessi, infine, ad un computer portatile.

Mediante un software dedicato è stato possibile calcolare la PSD (Power Spectral Density) e la FRF (Frequency Response Function), rispettivamente la quantità di energia emessa per secondo da 1cm² della sorgente, in un angolo solido, tra lunghezza d’onda λ e λ+Δλ, ed il rapporto tra le trasformate di Fourier risposta struttura/sorgente. Ciò consente di determinare la frequenza fondamentale di vibrazione di ciascuna campata del viadotto.

Un parametro importante nell’analisi dinamica di strutture è il fattore di smorzamento. Ipotizzando uno smorzamento modale pari a 2w_ix_i e definiti punti di mezza forza destro (wd) e sinistro (ws) quelli le cui ordinate valgono il valore massimo locale dello spettro in frequenza del segnale acquisito diviso √2, il rapporto di smorzamento relativo all’i-esimo modo è dato dalla seguente relazione:

ξ_i = (ωd – ωs)/( ωd + ωs)

Le tabelle riassumono i risultati delle registrazioni effettuate, rispettivamente, sulle carreggiate “LATO MARE” e “LATO MONTE” del viadotto. Vengono riportate la frequenza del 1° modo di vibrazione delle campate, ed il corrispettivo valore di smorzamento ξ.

Le figure di lato mostrano, invece, le time histories dei segnali acquisiti e delle analisi effettuate (PSD e FRF) relativamente alle prime tre campate “LATO MARE”.

Confrontando le frequenze fondamentali di vibrazione determinate dal calcolo della PSD e della FRF delle campate 1 e 2, si osserva che in entrambi i casi esse differiscono già dalla prima cifra decimale. Ciò è dovuto al fatto che la PSD commette un errore di calcolo quando la sorgente (in questo caso costituita dal transito di un autocarro) non riesce a energizzare in maniera opportuna la struttura mettendola in risonanza.

Quando questo si verifica (campata 3), le frequenze del 1° modo vibrazionale calcolate sia dalla PSD sia dalla FRF coincidono. Ma la condizione di risonanza non sempre si verifica per mezzo di sollecitazioni ambientali e per ottenere misure di frequenza sufficientemente precise è necessario ricorrere alla FRF e, quindi, a sollecitazioni indotte da celle di carico impulsive quali quella da noi brevettata.