Passerelle pedonali sempre più snelle: come controllare le vibrazioni e garantire il comfort degli utenti

La crescente diffusione di passerelle pedonali e ciclopedonali caratterizzate da strutture leggere e slanciate pone nuove sfide ai progettisti sul fronte del comportamento dinamico. Se da un lato l'ottimizzazione strutturale consente di ridurre materiali e costi, dall'altro aumenta il rischio che le frequenze proprie dell'opera si avvicinino a quelle generate dal passo umano, innescando fenomeni di risonanza e condizioni di discomfort per gli utenti. In questo contesto, la valutazione delle vibrazioni non può più limitarsi alle sole verifiche numeriche, ma richiede un'integrazione sempre più stretta tra monitoraggio sperimentale, modellazione avanzata e strategie di mitigazione. Il contributo presentato da Fabrizio Gara ad ANIDIS 2025 propone proprio un approccio organico a questo tema, illustrato attraverso il caso studio di una recente passerella realizzata nelle Marche.

Quando l'ottimizzazione strutturale diventa una sfida dinamica

L'evoluzione delle tecnologie di progettazione e delle capacità di calcolo ha consentito negli ultimi anni di realizzare passerelle pedonali sempre più leggere, eleganti e ottimizzate dal punto di vista strutturale. Una tendenza che rappresenta un indubbio progresso ingegneristico ma che, parallelamente, introduce nuove criticità legate al comportamento dinamico delle strutture.

La riduzione delle masse e della rigidezza comporta infatti un abbassamento delle frequenze proprie di vibrazione, che sempre più spesso ricadono nell'intervallo caratteristico delle azioni generate dal camminamento, dalla corsa o dal salto dei pedoni. In queste condizioni possono verificarsi fenomeni di risonanza capaci di amplificare sensibilmente le accelerazioni dell'impalcato, compromettendo il comfort degli utenti pur in assenza di problematiche di sicurezza strutturale.

È proprio su questo tema che si concentra il lavoro presentato da Fabrizio Gara e dal gruppo di ricerca dell'Università Politecnica delle Marche durante ANIDIS 2025. Lo studio propone un approccio integrato che combina prove sperimentali, modellazione numerica e strategie di mitigazione per valutare e controllare gli effetti delle vibrazioni indotte dal traffico pedonale.

Un caso studio reale per costruire una metodologia operativa

La ricerca prende come riferimento una passerella ciclopedonale di recente realizzazione alla foce del fiume Cesano, nelle Marche. Si tratta di un'opera di circa 200 metri di lunghezza, articolata su tre campate e caratterizzata da una campata centrale ad arco con impalcato sospeso mediante pendini metallici.

La configurazione geometrica della struttura, con arco inclinato ed eccentrico rispetto all'asse dell'impalcato, genera un comportamento dinamico particolarmente complesso, nel quale modi flessionali, torsionali e trasversali risultano fortemente accoppiati.

Per comprendere in maniera accurata la risposta della passerella, il gruppo di ricerca ha avviato una campagna sperimentale estremamente articolata. Attraverso prove di vibrazione ambientale sono stati installati 70 punti di misura distribuiti lungo 23 sezioni della struttura, consentendo l'identificazione delle principali frequenze proprie e delle corrispondenti forme modali.

L'indagine ha permesso di individuare dieci modi di vibrazione con frequenza inferiore a 5 Hz, ossia l'intervallo ritenuto più significativo per la valutazione del comfort degli utenti. A queste prove si sono aggiunti test di oscillazione libera ottenuti mediante gruppi di persone che inducevano la risonanza della struttura attraverso salti sincronizzati. Una volta raggiunta la massima ampiezza di oscillazione, il carico veniva interrotto e si procedeva alla misura dello smorzamento strutturale attraverso il metodo del decremento logaritmico.

I risultati hanno evidenziato valori di damping mediamente prossimi allo 0,4%, in sostanziale accordo con quanto suggerito dalle linee guida internazionali per questo tipo di strutture.

La relazione è stata presentata al XX Convegno ANIDIS (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: Anna Brunetti, Simone Quarchioni, Vanni Nicoletti, Sandro Carbonari, Fabrizio Gara e Luigino Dezi

Dal modello di progetto al digital twin dinamico della passerella

Uno degli aspetti più interessanti emersi dalla ricerca riguarda il rapporto tra modello numerico e comportamento reale della struttura.

Il punto di partenza è stato il modello FEM utilizzato in fase progettuale, caratterizzato da una rappresentazione dettagliata dell'impalcato mediante elementi shell e dalla modellazione delle sottostrutture e delle fondazioni secondo il classico approccio di Winkler.

L'analisi dei risultati sperimentali ha però evidenziato come, nelle condizioni operative effettive della passerella, la risposta dinamica fosse influenzata in misura minore dalla deformabilità delle sottostrutture rispetto a quanto previsto dal modello originario. Per questo motivo i ricercatori hanno sviluppato una versione semplificata con appoggi considerati rigidi, ottenendo una corrispondenza estremamente soddisfacente con i dati sperimentali.

Le differenze tra frequenze numeriche e sperimentali sono risultate inferiori al 5% per tutti i primi dieci modi identificati, mentre gli indicatori di correlazione modale hanno mostrato valori molto prossimi all'unità. Un risultato che conferma quanto sia fondamentale una corretta identificazione dinamica preliminare per disporre di un modello realmente rappresentativo del comportamento strutturale.

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La verifica del comfort secondo le linee guida internazionali

Una volta validato il modello, il team ha applicato le procedure previste dalle linee guida SETRA per la valutazione delle vibrazioni indotte dal traffico pedonale.

Le analisi hanno considerato tutti i modi di vibrazione con frequenza inferiore a 5 Hz attraverso simulazioni in regime armonico stazionario, assumendo condizioni di traffico cautelative per una passerella classificata tra la seconda e la terza categoria prevista dalle raccomandazioni internazionali.

I risultati hanno mostrato che le accelerazioni longitudinali e trasversali rimangono ampiamente contenute entro i limiti di comfort. Diversa la situazione per la risposta verticale, dove quattro modi di vibrazione – il terzo, il quarto, il quinto e l'ottavo – determinano accelerazioni superiori alla soglia di comfort ottimale pari a 0,5 m/s².

È importante sottolineare che i valori restano comunque significativamente inferiori al limite associato alle condizioni di comfort minimo, indicando una situazione che non richiede interventi correttivi obbligatori ma che potrebbe beneficiare di ulteriori miglioramenti prestazionali.

Tuned Mass Damper: una soluzione efficace per migliorare l'esperienza degli utenti

Per incrementare ulteriormente il comfort percepito dagli utenti, lo studio ha esplorato l'impiego di sistemi Tuned Mass Damper (TMD), ormai ampiamente utilizzati nel controllo delle vibrazioni di ponti e strutture leggere.

La progettazione dei dispositivi è stata condotta applicando le formulazioni classiche di Den Hartog e considerando separatamente i quattro modi critici individuati durante le analisi.

Ogni TMD è stato posizionato nei punti caratterizzati dal massimo spostamento modale della forma di vibrazione da controllare. La configurazione finale prevede quattro dispositivi distribuiti lungo le diverse campate della passerella, inclusa una soluzione specifica per il controllo di un modo torsionale.

Le simulazioni numeriche hanno confermato l'efficacia dell'intervento. L'introduzione dei TMD produce infatti il tipico sdoppiamento dei picchi di risonanza e una significativa riduzione delle accelerazioni massime, riportando tutte le condizioni analizzate entro i limiti associati al massimo comfort degli utenti.

Verso una standardizzazione delle prove sperimentali

Oltre ai risultati ottenuti sul caso studio, il contributo più rilevante della ricerca risiede probabilmente nella proposta di un framework metodologico integrato che unisce sperimentazione e modellazione numerica.

Secondo gli autori, il futuro della progettazione dinamica delle passerelle pedonali passerà inevitabilmente attraverso procedure sempre più standardizzate di identificazione sperimentale. L'obiettivo è definire protocolli condivisi non solo per la calibrazione dei modelli numerici nelle fasi iniziali, ma anche per il collaudo degli interventi di mitigazione successivamente installati.

Disporre di procedure sperimentali codificate consentirebbe infatti di confrontare in modo diretto le prestazioni pre e post intervento e, soprattutto, di verificare l'effettiva corrispondenza tra comportamento reale della struttura e previsioni numeriche.

Un passaggio che appare sempre più necessario in un contesto in cui le passerelle pedonali contemporanee, grazie alla loro crescente leggerezza ed eleganza formale, richiedono una progettazione capace di coniugare sicurezza strutturale, accuratezza modellistica e qualità dell'esperienza degli utenti.