• 7 Dic 2020
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Prove dinamiche per le infrastrutture civili

Il patrimonio del costruito civile versa nel nostro paese in una condizione emergenziale, sia a causa della natura stessa del territorio che lo espone a rischio idrogeologico, sismico e vulcanico, sia a causa di una scarsa attività di manutenzione e controllo.
Abbiamo avuto già modo in articoli precedenti di trattare il tema della sicurezza infrastrutturale e di evidenziare il ruolo decisivo del monitoraggio strutturale; in questo ambito si colloca il settore delle prove non distruttive o controlli non distruttivi, ovvero tutti quei test, indagini, rilievi, non invasivi, che consentono di individuare difetti e anomalie del costruito.

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Tra le prove non distruttive trovano largo impiego nel settore dell’ingegneria civile le cosiddette prove dinamiche che consentono di valutare il comportamento strutturale e le condizioni reali di un’opera civile attraverso metodi di tipo dinamico.
Un primo approccio consiste in quello che viene definito monitoraggio dinamico e consiste nell’impiego di strumenti specifici che consentono di elaborare dati e informazioni relativi al grado di rischio connesso con un disturbo dinamico di natura continuativa.
Il secondo approccio prevede le cosiddette prove di caratterizzazione dinamica che identificano il comportamento strutturale attraverso l’analisi di specifici parametri dinamici.

In questo articolo andremo a trattare il metodo delle prove di caratterizzazione dinamica e l’analisi modale.

Prove dinamiche: prove di caratterizzazione dinamica e analisi modale

Nelle prove di caratterizzazione dinamica l’opera è soggetta a un’eccitazione dinamica forzata di bassa intensità e attraverso appositi dispositivi si registra come l’opera risponde.
L’indagine restituisce una caratterizzazione dinamica, una sorta di carta d’identità della struttura, con dati che riguardano le sue forme modali in esercizio come frequenze, modi di vibrazione e capacità di dissipare l’energia; questi dati sono decisivi anche nel calcolo della risposta degli elementi strutturali in caso di sollecitazione provocato ad esempio da un sisma o da un carico dinamico d’esercizio.
Va da sé che questo tipo di approccio, definito anche analisi modale operativa, ripetuto nel tempo, permette di identificare attraverso i parametri modali eventuali variazioni nell’assetto strutturale di un’opera, come la presenza di difetti o danneggiamenti.

L’approccio del metodo dinamico risulta efficiente durante tutto il ciclo di vita di una struttura, dalla fase di collaudo, quando consente di mettere a confronto i parametri modali della fase progettuale con il comportamento effettivo della struttura, alla fase di esercizio, quando consente di identificare criticità e danni sui quali intervenire.

La caratterizzazione dinamica di una struttura può essere determinata in vari modi:

  • Eccitazione forzata di tipo artificiale o EMA (Experimentale Modal Analysis)
  • Eccitazione forzata di tipo ambientale (vento, traffico, sismi, attività limitrofe) o OMA (Operational Modal Analysis)

Prove dinamiche: EMA e OMA

Le prove dinamiche EMA vengono di solito condotte in laboratorio e permettono di definire il comportamento dinamico della struttura sollecitandola con un’eccitazione imposta che può essere di diverso tipo, ad esempio attraverso la tecnica del rilascio e urto e della vibrodina.
Nel primo caso, s’imprime uno spostamento o un urto che modifichi la posizione di equilibrio statico della struttura e che provochi le sue vibrazioni libere. Si registrano spostamenti e accelerazioni e se ne ricavano dati utili sulla frequenza di vibrazione della struttura e sullo smorzamento.
Nel secondo caso si registra la risposta della struttura in termini di spostamento, velocità e accelerazione, utilizzando coppie di accelerometri e la prova permette di identificare la frequenza fondamentale, le armoniche di vibrazione e lo smorzamento.
Le prove dinamiche EMA si basano quindi su una misura di input, l’eccitazione imposta, e di output, la risposta a quell’eccitazione.

Le prove dinamiche OMA permettono di definire il comportamento dinamico della struttura, frequenze proprie di vibrazione, deformate modali, coefficienti di smorzamento, attraverso un’eccitazione di tipo ambientale che misura, al contrario delle prove dinamiche EMA, solo la risposta della struttura.
Questo tipo di approccio consente di evitare il rischio di danneggiamento nel quale si incorre con le prove dinamiche EMA e non provoca neppure interruzioni nell’utilizzo della struttura; inoltre, ha il vantaggio di restituire dati più affidabili perché presi nelle reali condizioni di esercizio della struttura.
Di fatto, le prove dinamiche OMA vengono preferite perché le EMA sono di difficile attuazione su strutture di grandi dimensioni, perché c’è una difficoltà relativa alla movimentazione delle vibrodine e per il costo elevato delle vibrodine stesse.
Al contrario, con le prove dinamiche OMA non servono strumenti specifici perché si usa il rumore ambientale per l’identificazione strutturale.

In conclusione, l’indagine OMA risulta più facile ed economica, attendibile perché registra il comportamento strutturale durante le reali condizioni di esercizio della struttura e infine non invasiva perché le analisi possono essere condotte senza compromettere l’operatività della struttura in esame.

In questo articolo abbiamo approfondito il tema delle prove dinamiche, soffermandoci in particolare sulla caratterizzazione dinamica di una struttura civile; se sei interessato a conoscere gli strumenti e i sistemi che Novatest mette a disposizione dei tecnici del settore delle prove non distruttive scrivi la tua richiesta tramite il form.

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