Influenza della rugosità sulla risposta dinamica degli impalcati da ponte: analisi numerica e sperimentale

Road roughness is one of the factors influencing the dynamic response of bridges subjected to loads deriving from vehicular traffic. As a consequence of repeated vehicle passages, road surface undergoes a degradation process that exacerbates imperfections and leads to an increase in roughness, compromising the regularity of the road pavement. Frequent inspection and maintenance interventions are required to maintain regularity within an admissible range, ensuring comfort and safety of use for the structure. The presented work aims to investigate the influence of road pavement regularity conditions on the dynamic response of bridge decks, both qualitatively and quantitatively. By examining structures through SHM monitoring systems, a correlation between structural response, typically expressed in terms of accelerometric measurements, and the level of pavement regularity can be identified, highlighting the need for maintenance interventions. The document covers the development of the numerical work dedicated to the study of vehicle-structure interaction, relying on the capabilities of a specifically written research code and a commercial software. The case study is represented by a viaduct with an overall span of 60m, composed of four nearly isostatic spans, with data collected from inclinometers and triaxial MEMS accelerometers over three years. During this time frame, static and dynamic tests were performed to obtain an updated and validated finite element model using SAP2000 software. The dynamic behaviour of the structure was monitored under pre- and post-pavement conditions. The dynamic interaction between the structure and the passing vehicle was studied using a research code named INTER: the structural matrices of the system and the connectivity table of the viaduct were extracted from the finite element model defined in SAP2000 and, after manipulations and adjustments, were input into INTER. The interaction takes into account the influence of road pavement roughness and adopts a vehicle model implemented specifically for the case study: a 13-DoF mechanical model, simulating the characteristics of the vehicle used during dynamic testing, represented by a four-axle articulated truck. The roughness profiles are generated based on the spectral power density function specified in Eurocode 1. A direct numerical-experimental comparison was conducted on the time histories of acceleration recorded by sensors following dynamic tests with known input. Preliminary analyses highlight the importance of considering roughness in estimating the accelerometric response of a viaduct and the research code's ability to identify the regularity conditions of the pavement on-site. The process can be simplified by identifying synthetic parameters of the structural response.

La rugosità della pavimentazione stradale è uno dei fattori che influenzano la risposta dinamica di ponti e viadotti, sottoposti ai carichi del traffico veicolare. Come conseguenza del passaggio ripetuto di veicoli, le pavimentazioni sono soggette a un avanzamento del fenomeno di degrado, che comporta un aumento della rugosità e di pari passo una diminuzione della regolarità del manto stradale. Si rendono necessari interventi di ispezione e ripristino frequenti per il mantenimento di condizioni di regolarità contenute all’interno di un dominio di ammissibilità, al fine di garantire il confort e la sicurezza d’uso della struttura. L’obiettivo del lavoro presentato è quello di investigare l’influenza della regolarità della pavimentazione stradale sulla risposta dinamica degli impalcati da ponte. Prendendo in esame una struttura strumentata per mezzo di un sistema di monitoraggio in continuo, si vuole individuare una correlazione tra la risposta strutturale, espressa in termini di accelerazione, e il livello di regolarità della pavimentazione, evidenziando la necessità di interventi di manutenzione. Il lavoro si appoggia alle potenzialità di un codice di ricerca (INTER) dedicato all’analisi dell’interazione e di un software commerciale. Il caso studio è rappresentato da un viadotto di luce complessiva pari a 60m, composto da quattro campate, di cui si conoscono i dati raccolti da inclinometri e accelerometri triassiali MEMS in condizioni di pre- e post-ripavimentazione. Sono stati eseguiti test statici e dinamici per l’ottenimento di un modello a elementi finiti aggiornato e validato con il software SAP2000. Le matrici strutturali del sistema e le tabelle d’incidenza del viadotto vengono estratte dal modello a elementi finiti e, in seguito a manipolazioni e adattamenti, vengono inserite in input a INTER. L’interazione tiene conto dell’influenza della rugosità della pavimentazione, e adotta un modello di veicolo implementato ad hoc per il caso studio: si è definito un modello meccanico articolato a 13 GdL che simuli le caratteristiche del mezzo impiegato in fase di esecuzione delle prove dinamiche, rappresentato da un autoarticolato a quattro assi. I profili di rugosità introdotti sono generati a partire dalla formulazione della funzione di densità di potenza spettrale riportata nell’Eurocodice 1. È stato effettuato un confronto diretto numerico-sperimentale sulla storia temporale di accelerazione registrata dai sensori in seguito a prove dinamiche a input noto. Analisi preliminari evidenziano l’importanza di considerare la rugosità nella stima della risposta accelerometrica di un viadotto, e la capacità del programma di ricerca di individuare le condizioni di regolarità della pavimentazione presenti in sito. Il procedimento può essere semplificato dall’individuazione di parametri sintetici della risposta strutturale.