Il valore delle prove dinamiche nel collaudo di infrastrutture civili

Test proceedings are a set of operations put in place to verify the proper functioning of a structure before it is used. As part of the Italian regulatory framework, law n.1086/71 highlights the obligatoriness of performing static test, whose directives for execution are set out in Section 9 of the Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC '08). In the section regarding road and rail bridges, the NTC demand also the execution of dynamic test, but only for the most important structures. This test is carried out by checking the correspondence of the fundamental period of vibration of the real structure with that expected in the design stage. Overall, NTC standards lack information about dynamic test, so you have to rely on technical standards (such as UNI 10985), which provides some guidelines to perform dynamic testing. However the technical standards have no legal value. The dynamic characterization of a structure is realized through the following phases: modeling and prediction of dynamic behavior, experimental campaign (dynamic tests), updating of the model, comparison between the numerical model and experimental evidences. This type of procedure requires high skills in the fields of measurement, experimentation and numerical modelling. These peculiarities often create rejection of this approach. The numerical model aims to reproduce in detail the structure, in terms of boundary conditions, constraints, geometry, mass distribution and properties of the materials. There are many difficulties that may be encountered in the implementation of a model, therefore the stage of updating (using the results of the experimental campaign) plays an extremely important role in the definition of a proper dynamic characterization of the structure. The experimental campaign is achieved through: definition of the set-up for the tests (sensor network systems, forcing systems, etc.), execution of the measurements, pre-processing of the data, application of a specific algorithm for dynamic identification (eg. Polymax, SSI, etc.) and finally post processing of the results. The comparison between the results obtained by analysing the experimental and the numerical model, both during updating and in the final stage, may be achieved by using different tools: statistical indices such as the MAC for the comparison of mode shapes, calculation of the percentage differences for frequency and damping. During the different stages of dynamic test it is necessary that the modeller and the performer of the tests cooperate with each other, first to better define the type of experimental campaign to conduct, later to achieve a correct updating. This cooperation may lead to a proper definition of the model. After this process the tester is required to judge the correspondence between model and reality basing the comparison on parameters defined by himself.

Il termine collaudo (dal latino cum-laude, ovvero "a opera d'arte") indica l’insieme delle operazioni messe in atto per verificare il corretto funzionamento di un'opera, prima che questa venga destinata all'utilizzo. All’interno del quadro normativo italiano la Legge n.1086/71 evidenzia l’obbligatorietà del collaudo statico, le cui direttive per l’esecuzione sono definite nel Cap.9 delle Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC’08). Quest’ultime, nella sezione relativa ai ponti stradali e ferroviari, prevedono per le opere di significativa importanza anche un collaudo dinamico, che si effettua verificando la corrispondenza del periodo fondamentale di vibrazione della struttura reale con quello atteso in fase di progetto. Nel complesso la norma appare carente di informazioni a riguardo del collaudo dinamico; quindi si deve fare affidamento a Norme Tecniche che in quanto tali non hanno valore legale; in particolare la UNI 10985 fornisce le linee guida per l’esecuzione di prove e rilievi dinamici. La caratterizzazione dinamica di una struttura si realizza attraverso le seguenti fasi: modellazione e previsione del comportamento dinamico, campagna sperimentale (test dinamici), updating del modello, confronto tra modello numerico ed evidenze sperimentali. Questo tipo di procedura richiede elevate competenze nei campi della misura, della sperimentazione e della modellazione numerica, peculiarità che spesso crea diffidenza e rifiuto nei confronti di questo approccio. Il modello numerico deve essere realizzato riproducendo in modo dettagliato la struttura in relazione alle sue condizioni di vincolo, la sua geometria, la sua distribuzione delle masse e le proprietà dei materiali con cui è stata realizzata. Numerose sono le difficoltà che si possono riscontrare nella realizzazione di un modello; pertanto l’updating di quest’ultimo, a valle della campagna sperimentale, ricopre un ruolo estremamente importante per la definizione della corretta caratterizzazione dinamica della struttura. La campagna sperimentale si realizza attraverso: la definizione del set-up di prova (rete di sensori, sistemi di forzamento, ecc.), l’esecuzione delle misurazioni, il pre-processing dei dati, l’applicazione di specifici algoritmi di identificazione dinamica (es. PolyMAX, SSI, ecc.) ed infine il post processing dei risultati ottenuti. Per la realizzazione del confronto tra i risultati ricavati tramite l’analisi sperimentale e il modello numerico, sia in fase di updating sia nella fase finale, si utilizzano diversi strumenti: indici statistici come il MAC per il confronto delle forme modali, calcolo delle differenze percentuali per frequenze e smorzamenti dei modi individuati. Affinché il modello sia effettivamente rispondente alla realtà è necessario che il modellista e l’esecutore dei test dinamici collaborino tra loro, in primo luogo per definire al meglio il tipo di campagna sperimentale da condurre, in seguito per realizzare un updating corretto. A valle di questo processo il collaudatore è tenuto a giudicare la rispondenza tra modello e realtà sulla base di parametri da lui stesso definiti.