Ponti in calcestruzzo precompresso: perché il danno può nascondersi dove le frequenze non lo vedono

Il monitoraggio dei ponti in calcestruzzo precompresso rappresenta oggi una delle principali sfide per la gestione del patrimonio infrastrutturale esistente. Molte opere realizzate tra gli anni Sessanta e Ottanta sono infatti soggette a fenomeni di degrado che possono compromettere l’efficienza dei sistemi di precompressione senza manifestare segnali immediatamente evidenti. In questo contesto, la ricerca sta sviluppando nuove metodologie capaci di individuare precocemente il danno e supportare strategie di manutenzione più efficaci. Tra queste, l’analisi modale e l’impiego di sensori avanzati stanno mostrando risultati promettenti per la localizzazione non invasiva del degrado. Un contributo significativo in questa direzione è stato presentato da Dario De Domenico in occasione di ANIDIS 2025, attraverso una campagna sperimentale condotta su travi in calcestruzzo precompresso con danneggiamenti artificiali dei trefoli.

La firma dinamica del degrado

Per decenni il calcestruzzo precompresso ha rappresentato una delle soluzioni più efficaci per la realizzazione di ponti e viadotti. Gran parte delle infrastrutture costruite tra gli anni Sessanta e Ottanta in Italia si basa proprio su questa tecnologia, che ha consentito di raggiungere luci importanti con sezioni snelle e prestazioni elevate.

Oggi, però, una quota significativa di queste opere si trova ad affrontare problemi legati all'invecchiamento dei materiali, ai fenomeni di corrosione e alla progressiva perdita di efficienza dei sistemi di precompressione. Si tratta di un tema particolarmente delicato perché il degrado delle armature precompresse tende spesso a svilupparsi in zone difficilmente accessibili e può rimanere invisibile fino a stadi avanzati.

La sfida che si pone oggi alla comunità tecnica non è soltanto capire se una struttura sia danneggiata, ma soprattutto individuare dove il danno stia evolvendo e quale sia il suo reale impatto sulla capacità resistente dell'opera.

È in questo contesto che si inserisce la ricerca presentata da Dario De Domenico all'ANIDIS 2025, frutto della collaborazione tra l'Università di Messina e Sacertis Ingegneria, che ha affrontato il problema attraverso una vasta campagna sperimentale dedicata a travi in calcestruzzo precompresso soggette a danneggiamenti artificiali dei trefoli.

La relazione è stata presentata al XX Convegno ANIDIS (Assisi,7-11 settembre 2025) e gli autori sono: Dario De Domenico, Amir Shamsaddinlou, Natale Maugeri, Paolo Longo, Davide Messina, Dario La Mazza, Monica Longo, Paola Darò, Antonino Recupero e Giuseppe Mancini.

Quando il danno è locale ma la struttura continua a vibrare quasi allo stesso modo

Nel monitoraggio dinamico delle infrastrutture uno degli indicatori più utilizzati è rappresentato dalle frequenze naturali di vibrazione. L'idea è intuitiva: una struttura che perde rigidezza tende a modificare il proprio comportamento dinamico.

Tuttavia, l'esperienza maturata negli ultimi anni ha mostrato come questa correlazione non sia sempre sufficiente, soprattutto quando il degrado è localizzato.

Le prove condotte a Messina su dodici travi di grande scala, lunghe circa otto metri e dotate di sistemi di precompressione assimilabili a quelli presenti nelle infrastrutture reali, hanno evidenziato proprio questo aspetto. Attraverso tagli progressivi dei trefoli, concepiti per simulare gli effetti della corrosione e della perdita di sezione delle armature precompresse, è stato possibile osservare che le variazioni delle frequenze naturali rimangono molto contenute, spesso inferiori al 3%.

Per un gestore infrastrutturale questo risultato è particolarmente significativo. Significa che un danno potenzialmente importante può svilupparsi senza produrre alterazioni evidenti nei parametri dinamici tradizionalmente monitorati.

La conseguenza è chiara: affidarsi esclusivamente alle frequenze naturali rischia di non essere sufficiente per individuare precocemente fenomeni di degrado localizzato nei sistemi di precompressione.

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La curvatura delle forme modali come impronta del degrado

La parte più interessante della ricerca emerge quando l'attenzione si sposta dalle frequenze alle forme modali.

Le forme modali descrivono il modo in cui una struttura si deforma durante la vibrazione. Analizzandone la curvatura, ovvero la seconda derivata spaziale dello spostamento, è possibile amplificare gli effetti locali associati a variazioni di rigidezza.

Nei test sperimentali i ricercatori hanno elaborato le forme modali ottenute dalle misure accelerometriche e dai sensori installati sulle travi, confrontando i risultati delle configurazioni integre con quelli dei diversi scenari di danneggiamento. Il parametro che si è rivelato più efficace è stato proprio la differenza di curvatura modale tra stato integro e stato danneggiato.

I risultati mostrano come i picchi di tale differenza coincidano con notevole precisione con la posizione del trefolo tagliato. In altre parole, il danno lascia una sorta di "firma dinamica" che non si manifesta tanto nelle frequenze globali della struttura quanto nelle deformazioni locali associate ai modi di vibrare.

Si tratta di un risultato che apre prospettive particolarmente interessanti per il monitoraggio strutturale dei ponti esistenti, perché suggerisce la possibilità di localizzare fenomeni di degrado senza ricorrere a ispezioni invasive o demolizioni localizzate.

Dalla diagnostica alla sicurezza: cosa accade quando il danno evolve

La ricerca non si è fermata alla sola identificazione del danno. Le stesse travi sono state infatti portate fino alla rottura attraverso prove di carico incrementali. Questo ha consentito di mettere in relazione il danno ai trefoli con l'effettiva perdita di capacità portante.

I risultati mostrano come il danneggiamento del sistema di precompressione possa determinare riduzioni significative della resistenza ultima, con effetti particolarmente severi quando la perdita di armatura interessa le zone maggiormente sollecitate a flessione. In alcuni casi la capacità resistente residua si è ridotta fino a circa due terzi di quella originaria.

L'aspetto forse più rilevante è che queste riduzioni possono manifestarsi in presenza di modifiche relativamente modeste dei parametri dinamici globali. È proprio questo scollamento tra comportamento locale e risposta globale a rendere così complessa la gestione delle infrastrutture in calcestruzzo precompresso.

Sensori intelligenti e fibre ottiche: il futuro del monitoraggio passa dall'integrazione

Un ulteriore elemento di interesse riguarda la varietà di tecnologie sperimentate durante la campagna.

Accanto ad accelerometri tradizionali, sensori MEMS, inclinometri e sistemi laser di misura, il programma di ricerca ha esplorato l'impiego di fibre ottiche con reticoli di Bragg (FBG), capaci di rilevare distribuzioni di deformazione lungo la struttura.

Le misure hanno evidenziato come il taglio dei trefoli produca una redistribuzione degli stati tensionali che può essere intercettata direttamente attraverso le deformazioni registrate dalle fibre. Si tratta di una capacità diagnostica particolarmente preziosa perché consente di osservare gli effetti della perdita di precompressione quasi nel momento stesso in cui si verificano.

L'integrazione tra sensori distribuiti, analisi modale operativa e modelli numerici avanzati potrebbe rappresentare una delle direzioni più promettenti per il monitoraggio delle infrastrutture del prossimo decennio.

Oltre l'ispezione visiva: verso una manutenzione predittiva dei ponti

Il messaggio che emerge dalla ricerca va oltre il singolo caso sperimentale.

La gestione del patrimonio infrastrutturale italiano richiede oggi strumenti capaci di individuare il degrado prima che esso produca conseguenze sulla sicurezza o sulla funzionalità delle opere. In questo scenario il monitoraggio dinamico non può limitarsi alla semplice osservazione delle frequenze naturali, ma deve evolvere verso indicatori più sofisticati, in grado di leggere le modificazioni locali della struttura.

Le evidenze sperimentali ottenute dall'Università di Messina mostrano come la combinazione tra forme modali, sensori avanzati e modellazione numerica possa trasformare il monitoraggio strutturale in uno strumento di manutenzione predittiva, capace non solo di segnalare che qualcosa sta cambiando, ma anche di indicare dove e con quale livello di criticità.

Per un Paese che possiede migliaia di ponti in calcestruzzo precompresso costruiti nel secolo scorso, questa capacità potrebbe diventare uno degli elementi chiave per programmare gli interventi e ottimizzare le risorse disponibili, spostando l'attenzione dalla gestione dell'emergenza alla conoscenza continua dello stato di salute delle infrastrutture.

DI SEGUITO L'INTERVENTO INTEGRALE DI DARIO DE DOMENICO

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

IN SINTESI
-Una ricerca presentata ad ANIDIS 2025 ha analizzato il comportamento di travi in calcestruzzo precompresso con danneggiamenti artificiali dei trefoli per simulare gli effetti della corrosione.
-I risultati mostrano che le variazioni delle frequenze naturali sono spesso troppo limitate per individuare in modo affidabile il degrado localizzato dei sistemi di precompressione.
-L’analisi delle forme modali e delle relative curvature si è rivelata molto più efficace nel localizzare la posizione del danno all’interno della struttura.
-Le prove a rottura hanno evidenziato come la perdita di trefoli possa comportare riduzioni significative della capacità portante, soprattutto quando il danno interessa le zone più sollecitate.
-L’integrazione tra sensori avanzati, fibre ottiche, monitoraggio dinamico e modellazione numerica apre nuove prospettive per la manutenzione predittiva e la gestione della sicurezza dei ponti esistenti.