Case History

Viadotto autostradale a cassone misto acciaio-calcestruzzo con cavi esterni post-tesi

Il monitoraggio è finalizzato all’analisi del comportamento dei cavi di post-tensione durante l’esercizio del ponte, attraverso analisi nel dominio del tempo e delle frequenze. Il controllo in tempo reale è uno strumento chiave per fornire informazioni utili per l’individuazione di possibili effetti indotti da processi di deterioramento o fatica in atto. L’analisi permette un confronto tra i parametri modali attesi e le frequenze proprie misurate nelle condizioni di inizio monitoraggio con conseguente definizione dei corrispondenti livelli di soglia di attenzione ed allarme impostate per l’allertamento automatico del gestore.
Intervento in sintesi
Luogo: Italia
Tipo di progetto: Ponte autostradale
Tipo di sensori: Accelerometri
Numero punti di misura: 90
Numero di sensori: 90
Periodo di installazione: Settembre 2017

SERVIZIO SVOLTO

  • Progettazione esecutiva di impianto
  • Assistenza all’installazione
  • Modellazione FE e diagnostica strutturale in continuo con allertamento automatico

Perchè monitorare?

  • Analisi delle vibrazioni strutturali indotte da carichi di traffico
  • Monitoraggio dell’evoluzione nel tempo della risposta dei cavi esterni di precompressione
  • Individuazione precoce dei primi segni di corrosione dei cavi
  • Valutazione in tempo reale dello stato dei trefoli in condizioni di esercizio della struttura
  • Determinazione di soglie di vibrazioni attese dei cavi corrispondenti a adeguati livelli di sicurezza dell’opera
  • Pianificazione di interventi mirati di manutenzione

DESCRIZIONE DELL’OPERA E DEL SISTEMA DI MONITORAGGIO STRUTTURALE

Il monitoraggio in tempo reale del comportamento dei cavi di post-tensione è uno strumento chiave per fornire informazioni utili all’individuazione di possibili effetti indotti da processi di deterioramento o fatica in atto. Il sistema di monitoraggio installato, che consta complessivamente di n. 88 accelerometri triassiali, è finalizzato all’analisi del comportamento dei cavi durante l’esercizio del ponte, la cui vita utile dipende dal comportamento dei trefoli di acciaio che ne compongono la sezione trasversale. L’impiego di accelerometri MEMS può, dunque, fornire al gestore informazioni sulle proprietà dei cavi, necessarie per determinare la performance del ponte a lungo termine. In particolare, sono state analizzate le variazioni delle caratteristiche dinamiche degli elementi strutturali monitorati in termini di frequenze proprie di vibrazione. Uno specifico algoritmo di processing dei dati, costruito ad hoc per il caso in analisi, ha permesso di condurre un efficiente monitoraggio in tempo reale dei cavi. Il segnale ricevuto dagli accelerometri è stato depurato dal rumore di misura e da eventuali influenze esterne. L’osservazione degli andamenti registrati nel periodo monitorato ha permesso di costruire un benchmark di misurazioni corrispondenti al comportamento standard dei cavi di post-tensione soggetti a condizioni di traffico e/o altri carichi esterni supposti non eccezionali, con conseguente definizione dei corrispondenti livelli di soglia di attenzione ed allarme impostate per il sistema di monitoraggio. I livelli di soglia sono stati determinati sulla base di un numero considerevole di dati di vibrazione dei cavi sotto condizioni di traffico standard. Il sistema di monitoraggio è anche in grado di controllare la risposta del ponte a seguito di azioni accidentali, quali ad esempio possibili terremoti con epicentro nelle vicinanze del ponte.

DIAGNOSTICA IN PILLOLE

Gli accelerometri installati sui cavi restituiscono valori di accelerazione lungo tre assi X, Y e Z la cui analisi è svolta nel dominio del tempo e delle frequenze. L’analisi nel dominio del tempo delle accelerazioni, registrate dai sensori installati sui cavi, viene svolta al fine di valutare i livelli vibrazionali degli stessi mentre la sintesi nel dominio delle frequenze permette un confronto tra i parametri modali attesi e le frequenze proprie misurate nelle condizioni di inizio monitoraggio (stato zero). Un eventuale discostamento tra i valori teorici e le grandezze misurate può fornire indicazioni per l’individuazione dei cavi che presentato potenziali riduzioni di rigidezza in atto o subiti in passato. Eventuali salti dei picchi di frequenza registrati durante il periodo di monitoraggio sono considerati potenziale indice di danneggiamento mentre i cavi che non presentano registrazioni di eventi significativi sono considerati lo ‘standard’. Sulla base dei valori di soglia impostati per l’osservazione dei dati, definiti alla luce delle osservazioni derivanti dal monitoraggio in continuo e calibrati in funzione degli eventi registrati e dell’analisi strutturale di riferimento, l’eventuale superamento di soglia permette la segnalazione di un comportamento del cavo che si discosta dal trend considerato standard, che viene pertanto classificato anomalo, segnalato al gestore ed indagato con maggiore attenzione.

portofolio

Case history

Passerella pedonale in carpenteria metallica con arco strallato
Il sistema di monitoraggio è stato progettato ad hoc in numero e posizionamento per cogliere al meglio la complessa risposta dinamica dell’opera. Attraverso la modellazione FEM degli scenari di danno, sono state calcolate opportune soglie dinamiche, per il controllo in continuo dello stato degli stralli e dell’evoluzione nel tempo della risposta dell’impalcato della passerella.
Tunnel autostradale con sezione non armata gettata in opera
Il monitoraggio consta di 28 sezioni trasversali di misura volte al controllo dell’evoluzione tenso-deformativa del rivestimento della galleria nel tempo. Il sistema di monitoraggio, costituito da inclinometri MEMS integrati da sensori di tensione-deformazione post- installati all’interno del rivestimento, consente il controllo della risposta sia locale che globale dell’opera. La diagnostica è completata da modellazione FEM non lineare e da un servizio di allertamento in tempo reale di eventuali criticità strutturali.
Tunnel autostradale realizzato con conci prefabbricati
Il monitoraggio strutturale e la diagnostica delle due canne della galleria sono supportati da una complessa modellazione FEM non lineare con cui, per ciascuna sezione di monitoraggio, viene valutata la deformata e l’evoluzione della sua ovalizzazione rispetto all’evoluzione del fenomeno franoso in atto. Nelle sezioni del cavo in cui la caratterizzazione meccanica e le condizioni stratigrafiche al contorno sono del tutto similari, attraverso un approccio Data-Driven vengono estesi i Performance Indicators e controllati i parametri di risposta strutturale più significativi a tutte le sezioni di misura.
Viadotto autostradale a piastra in cemento armato precompresso
Il monitoraggio ha permesso il controllo in real-time della risposta dell’impalcato di una campata durante gli interventi di ripristino a traffico aperto, ed è stato successivamente esteso all’intero viadotto per il controllo del comportamento statico e dinamico nel tempo. L’approccio di monitoraggio Model Driven ha permesso l’indagine dei principali scenari di danneggiamento della struttura e la definizione dei Performance Indicators su cui impostare i valori e le condizioni di soglia.
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