Identificazione modale e modellazione strutturale del nuovo Ponte della Cittadella in Alessandria

This work intends to analyse the dynamic behaviour of the New Bridge of the Cittadella in Alessandria, by comparing the modal parameters obtained on the basis of a numerical model independently implemented and on the correspondent experimental parameters made available by the dynamic test that were executed, on 10.26.2016, by the Laboratorio Prove Materiali (LPM) of the Politecnico di Milano. Particularly, this work will be concentrated on the definition and on the analysis of the dynamic characteristics of a structure, such as the natural vibration frequencies and the associated modal shapes that, in case of malfunctions, anomalies or structural damages, play a fundamental role. The implementation of the FEM model has been obtained by using the software Sap2000, that, through the drafting of a text file, allows to create a very detailed model of the real structure by using frame elements and shell elements. Since we are referring to a complex construction and because of the importance of obtaining a detailed and correct model, the use of this method of model development reveals to be very useful, since the detection of errors results to be immediate by consulting the mentioned text document. The set of operations executed in order to verify the correct functionality of a structure before its commissioning is called structural testing. From a legal point of , through the law n. 1086 of November 5th 1971, the Italian position on this point underlines the necessity and imposes a static structural testing for all concrete structures, both normal and prestressed, and steel structures. The procedures for the execution of the static structural testing are defined and described by the Decreto Ministeriale 17 gennaio 2018 – Testo Unico delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018), Cap 9. Within the mentioned regulations, in the section regarding roade and railway bridges, a further necessity is expressed about important structures, in which it is underlined that for such structures, besides the static tests, the execution of dynamic tests are mandatory also. This dynamic test must verify the correspondence of the fundamental vibration period of the real structure with the one expected from the project. By studying the New Bridge of Cittadella, the present work intends to highlight the importance of the structural dynamic characterization, through the description of the execution modalities, of the instrumentation and of the theory of the execution of such dynamic tests.

Questa tesi si propone di analizzare il comportamento dinamico del Nuovo Ponte della Cittadella in Alessandria attraverso il confronto tra i parametri modali ottenuti in base ad un modello numerico autonomamente implementato ed i corrispondenti parametri sperimentali, identificati in base all’analisi delle registrazioni acquisite durante indagini dinamiche di collaudo (eseguite in data 26.10.2016 dal Laboratorio Prove Materiali del Politecnico di Milano). In particolare, nella tesi viene condotta l’identificazione di frequenze proprie e deformate modali del ponte in esame, ponendo a confronto i risultati ottenuti dall’applicazione di due distinti algoritmi di identificazione modali a 5 differenti serie di acquisizioni sperimentali. L’implementazione del modello FEM è stata eseguita utilizzando il software di calcolo SAP2000 attraverso la redazione di un foglio di testo. Trattandosi di una costruzione complessa e vista l’importanza di una corretta e dettagliata modellazione, l’utilizzo del foglio di testo, unitamente alle capacità grafiche del codice di calcolo, ha consentito una rapida verifica di quanto implementato e l’efficace individuazione di alcuni errori materiali commessi in fase di creazione del modello. La successione metodologica di quanto sviluppato nella tesi è chiaramente ispirato dal processo di collaudo di un’opera dell’ingegneria civile. Com’è noto, l’insieme delle operazioni messe in atto per verificare il corretto funzionamento di un’opera prima che questa venga messa in esercizio, viene definito collaudo, dal latino cum-laude, ovvero “a regola d’arte. Dal punto di vista normativo, con la legge del 5 novembre 1971, n. 1086, il quadro italiano evidenzia la necessità e l’obbligo del Collaudo Statico per tutte le strutture in cemento armato normale e precompresso e alle strutture metalliche. Le modalità di esecuzione di quest’ultimo sono definite e descritte dal Decreto Ministeriale 17 gennaio 2018 – Testo Unico delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018), Cap 9. Sempre all’interno della normativa citata, nella sezione relativa a ponti stradali e ferroviari, viene espressa un’ulteriore necessità circa le opere di significativa importanza, in cui è sottolineato il fatto che per tali opere è obbligatoria l’esecuzione di indagini dinamiche da affiancarsi alle prove dirette di carico statico, in cui venga verificata almeno la corrispondenza del periodo fondamentale di vibrazione della struttura reale con quello atteso in fase di progetto. Il presente elaborato di tesi, attraverso lo studio del nuovo Ponte della Cittadella, intende verificare e sottolineare l’importanza della caratterizzazione dinamica nell’ambito del processo di collaudo statico di un ponte di significativa importanza.