Modellazione numerica dei ponti esistenti: quanto le scelte di calcolo influenzano la risposta strutturale

La modellazione numerica dei ponti esistenti rappresenta un passaggio determinante nelle valutazioni di sicurezza, soprattutto quando si devono analizzare infrastrutture caratterizzate da geometrie e schemi strutturali complessi. Quanto possono incidere sui risultati le semplificazioni adottate nella costruzione del modello? A FABRE 2026 Anna Rita Palmiotta ha presentato uno studio preliminare che confronta differenti livelli di affinamento della modellazione applicati a due impalcati con selle Gerber. I risultati evidenziano come la rappresentazione della soletta, la posizione degli appoggi e le caratteristiche geometriche possano modificare la distribuzione trasversale delle sollecitazioni. Un confronto che apre interessanti riflessioni sulla scelta del corretto livello di dettaglio nelle verifiche dei ponti esistenti.

Modelli strutturali dei ponti esistenti: il peso delle semplificazioni sui risultati

La modellazione numerica rappresenta uno dei passaggi più delicati nella valutazione della sicurezza dei ponti esistenti. Il livello di dettaglio adottato, la rappresentazione degli elementi strutturali, la posizione degli appoggi e il modo in cui viene considerato il contributo della soletta possono infatti modificare, anche in maniera significativa, la risposta restituita dal modello.

Su questi aspetti si concentra lo studio presentato da Anna Rita Palmiotta, borsista della Sapienza Università di Roma, nell’ambito di FABRE 2026, sviluppato in collaborazione con l’Università degli Studi della Basilicata e l’Università Politecnica delle Marche. La ricerca, ancora in una fase preliminare, analizza attraverso alcuni casi studio l’influenza delle assunzioni adottate nella modellazione strutturale dei ponti, confrontando differenti livelli di affinamento del modello numerico.

Dalla valutazione dei ponti esistenti alla costruzione del modello numerico

L’introduzione delle Linee Guida Ponti ha consolidato un approccio multilivello alla valutazione delle infrastrutture esistenti. Per le opere collocate in classe di attenzione alta, la valutazione accurata di livello 4 richiede necessariamente la costruzione di un modello di calcolo capace di rappresentare in maniera sufficientemente attendibile il comportamento strutturale.

Negli ultimi anni la letteratura scientifica si è occupata ampiamente della parametrizzazione geometrica dei ponti e dello sviluppo di procedure in grado di trasferire rapidamente le informazioni dai software BIM agli strumenti di calcolo strutturale. Nello studio presentato da Palmiotta è stato utilizzato MIDAS Civil, ma l’attenzione non si concentra tanto sull’automatizzazione della costruzione del modello quanto su una questione precedente e fondamentale: quanto possono incidere sui risultati le ipotesi e le semplificazioni introdotte dal progettista nella rappresentazione numerica dell’opera?

L’obiettivo della ricerca è quindi comprendere in quale misura diverse scelte modellistiche possano modificare la risposta strutturale del ponte e, di conseguenza, influenzare le valutazioni effettuate sulla base dei risultati delle analisi.

FABRE 2026: ponti, viadotti e gallerie tra manutenzione, norme e rischi climatici
Il terzo Convegno FABRE 2026 ha riunito ricerca, istituzioni e gestori per migliorare metodi e criteri nella gestione di ponti, viadotti e gallerie. Al centro: nuove norme tecniche, valutazione del rischio, monitoraggio e impatti di eventi estremi e dissesto idrogeologico. INGENIO è media partner e il nostro Direttore Andrea Dari ha moderato l'evento.
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Due impalcati con caratteristiche geometriche differenti

L’analisi è stata sviluppata a partire da due casi studio costituiti da impalcati con selle Gerber, caratterizzati però da configurazioni strutturali e geometriche differenti. Il primo caso riguarda una struttura in calcestruzzo armato precompresso, mentre il secondo è realizzato in calcestruzzo armato.

Per entrambi è stato preso in considerazione l’impalcato tampone. Una delle differenze più rilevanti riguarda lo spessore della soletta, pari a 20 cm nel primo caso e a 40 cm nel secondo. Cambiano inoltre la lunghezza dell’impalcato, l’interasse tra i traversi e quello tra le travi principali, che passa da 2,90 m nel primo caso a 2,50 m nel secondo. Nel primo ponte, inoltre, la sezione delle travi è variabile, mentre nel secondo rimane costante.

Proprio queste differenze geometriche diventano fondamentali nell’interpretazione dei risultati, perché consentono di verificare se l’effetto delle semplificazioni modellistiche sia indipendente dalla configurazione strutturale oppure assuma un peso maggiore in presenza di determinate caratteristiche dell’impalcato.

Tre modelli, dal più semplificato alla rappresentazione raffinata

Per ciascuno dei due casi studio sono stati costruiti tre differenti modelli, concepiti secondo un progressivo incremento del livello di dettaglio.

Nel primo, più semplificato, l’impalcato viene rappresentato attraverso elementi beam disposti in asse. Il contributo della soletta viene inglobato nella sezione resistente delle travi principali, modellate come travi a T: la parte superiore della T rappresenta quindi la quota di soletta collaborante attribuita alla singola trave. Anche i traversi vengono modellati mediante elementi beam a sezione rettangolare, mentre gli appoggi vengono collocati in asse rispetto alle travi.

Il secondo modello rappresenta un livello intermedio di affinamento ed è riconducibile al classico schema a graticcio. La differenza principale riguarda innanzitutto gli appoggi, inseriti alla loro quota reale e collegati agli elementi delle travi mediante rigid link.

Vengono inoltre introdotti elementi trasversali finalizzati a rappresentare il contributo della soletta nella direzione trasversale. Il peso della soletta rimane tuttavia attribuito esclusivamente alla componente longitudinale della trave a T, evitando in questo modo che venga conteggiato due volte.

Dal modello a graticcio alla soletta modellata con elementi shell

Il terzo modello è quello maggiormente raffinato. Gli elementi strutturali vengono collocati nella loro posizione reale e collegati attraverso rigid link. La differenza più importante rispetto alle precedenti configurazioni è però la rappresentazione della soletta.

In questo caso la soletta non viene più incorporata nelle sezioni delle travi, ma è descritta mediante elementi shell, riproducendone l’effettiva geometria. Gli elementi shell vengono quindi collegati alle travi e agli altri elementi beam mediante rigid link.

Si passa così da una schematizzazione nella quale la soletta è sostanzialmente ricondotta alle travi longitudinali a una rappresentazione capace di descrivere in maniera più diretta anche il suo comportamento bidimensionale e il ruolo che essa svolge nella distribuzione trasversale delle azioni.

Come cambia la ripartizione trasversale dei carichi

Una prima serie di analisi è stata effettuata applicando un carico unitario sulla trave di riva, con l’obiettivo di comprendere come i diversi modelli rappresentassero la distribuzione trasversale delle azioni.

Nei primi due modelli il carico è stato applicato direttamente sulla prima trave sotto forma di carico uniformemente distribuito. Nel terzo, essendo presente una soletta modellata mediante shell, è stata invece applicata una pressione alla porzione di soletta gravante sulla trave di riva.

Per mettere a confronto i risultati è stato introdotto un indice di ripartizione trasversale, definito attraverso il rapporto tra il momento massimo della singola trave e la somma dei momenti massimi registrati sulle travi dell’impalcato. Questo parametro ha consentito di osservare direttamente come la scelta del criterio di modellazione incida sulla distribuzione delle sollecitazioni tra le diverse travi.

I risultati mostrano un comportamento differente nei due casi studio. Nel primo ponte, le diverse modalità di modellazione producono variazioni relativamente contenute. Nel secondo, invece, aumentando il livello di affinamento si modifica in maniera più evidente la ripartizione trasversale del carico.

Secondo quanto emerso dalle prime analisi, una possibile spiegazione è proprio legata alla soletta del secondo impalcato, caratterizzata da uno spessore sensibilmente maggiore. Nel modello con elementi shell, il contributo della soletta sembra permettere una distribuzione trasversale più graduale delle azioni rispetto alle schematizzazioni semplificate.

Modelli semplificati fino al 20% più conservativi nel secondo caso studio

Il confronto dei momenti sulle diverse travi conferma ulteriormente questa tendenza.

Nel primo caso studio le differenze sulla trave maggiormente caricata restano ridotte, anche se il modello più semplice tende comunque a fornire risultati maggiormente conservativi rispetto a quello intermedio.

La situazione cambia nel secondo impalcato. Per la trave di riva, i modelli 1 e 2 arrivano infatti a fornire valori del momento anche circa il 20% superiori rispetto al modello 3, nel quale la soletta è rappresentata mediante elementi shell.

Il dato non implica che un modello più dettagliato restituisca necessariamente risultati inferiori in ogni configurazione, ma dimostra quanto la geometria dell'impalcato e il modo in cui viene rappresentato il contributo trasversale della soletta possano assumere un ruolo decisivo nella valutazione della risposta strutturale.

Dai test con carico unitario alle azioni effettive sul ponte

Lo studio è stato successivamente esteso alle condizioni di carico effettivamente agenti sull'opera, considerando il manto stradale, i cordoli laterali, il vento e soprattutto il carico mobile.

Anche in questa fase il diverso tipo di modello ha richiesto differenti modalità di applicazione delle azioni. Nei modelli costituiti da elementi beam i carichi sono stati distribuiti direttamente sulle travi, mentre per il moving load è stato utilizzato il comando dedicato alle corsie di traffico disponibile in MIDAS Civil.

Nel terzo modello, invece, le azioni sono state applicate direttamente sulle superfici della soletta. Anche le linee di traffico relative ai carichi mobili sono state definite sulla superficie shell, utilizzando la specifica modalità di applicazione prevista dal software.

I risultati delle analisi con i carichi reali risultano coerenti con quelli ottenuti nella fase preliminare. Nel primo caso studio, il modello più semplice continua a mostrare un comportamento maggiormente conservativo rispetto al secondo. Nel secondo caso, invece, il modello raffinato restituisce sulla prima trave un momento inferiore rispetto ai modelli 1 e 2, confermando il ruolo che la schematizzazione della soletta assume nella distribuzione delle sollecitazioni.

Modellazione dei ponti: il livello di dettaglio deve dialogare con la geometria

Le prime conclusioni dello studio evidenziano quindi come le assunzioni adottate durante la costruzione del modello numerico possano effettivamente modificare la risposta strutturale ottenuta dalle analisi.

Nel campione esaminato, i modelli più semplificati tendono generalmente a risultare più conservativi. Questo aspetto può apparire rassicurante dal punto di vista della sicurezza, ma non esaurisce il problema della modellazione. Un'eccessiva semplificazione potrebbe infatti non rappresentare in maniera adeguata i reali meccanismi di distribuzione delle azioni, soprattutto quando sono presenti condizioni geometriche che assumono un peso rilevante nel comportamento globale dell'impalcato.

Il confronto tra i due casi suggerisce in particolare che una modellazione maggiormente dettagliata acquisti importanza quando elementi come la soletta presentano caratteristiche geometriche non trascurabili. Lo spessore della soletta del secondo ponte sembra infatti essere uno dei fattori capaci di rendere più evidente la differenza tra i risultati dei modelli semplificati e quelli ottenuti attraverso la rappresentazione shell.

Si tratta comunque, come sottolineato nella relazione presentata a FABRE 2026, di risultati preliminari. Per arrivare a conclusioni più generali sarà necessario ampliare il numero dei casi studio, introducendo impalcati con differenti caratteristiche geometriche e strutturali.

La ricerca dovrà inoltre estendere il confronto oltre i momenti flettenti, analizzando anche gli effetti sul taglio e sul comportamento dei traversi. L'obiettivo finale è comprendere sempre meglio quali aspetti della geometria richiedano modelli raffinati e quali, invece, possano essere adeguatamente rappresentati anche attraverso schematizzazioni più semplici, individuando un equilibrio tra accuratezza della rappresentazione, affidabilità dei risultati e sostenibilità dell'attività di modellazione numerica.

DI SEGUITO LA RELAZIONE INTEGRALE DI ANNARITA PALMIOTTA.

Il testo è stato elaborato mediante la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto di strumenti di IA (ChatGpT).

IN SINTESI
-Le scelte di modellazione incidono sulla risposta strutturale: lo studio verifica quanto le ipotesi e le semplificazioni introdotte nel modello possano modificare le sollecitazioni ottenute dalle analisi.
-Sono stati confrontati tre livelli di dettaglio: da un modello semplificato con travi a T fino a una rappresentazione più raffinata con geometria reale, rigid link e soletta modellata mediante elementi shell.
-La geometria dell’impalcato è determinante: nel primo caso studio le differenze tra i modelli risultano limitate, mentre nel secondo la soletta più spessa influenza maggiormente la ripartizione trasversale dei carichi.
-I modelli semplificati tendono a essere più conservativi: nel secondo caso studio i momenti sulla trave maggiormente sollecitata risultano anche circa il 20% superiori rispetto al modello più raffinato.
-Lo studio dovrà essere ampliato: i risultati sono preliminari e la ricerca proseguirà considerando altre geometrie e analizzando, oltre ai momenti flettenti, anche taglio e comportamento dei traversi.