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SHM come livello superiore di ispezione nella valutazione di strutture

Lo Structural Health Monitoring (SHM) è un potente strumento per migliorare la conoscenza di strutture esistenti. Attraverso l’analisi dei dati registrati di alcuni selezionati fenomeni fisici, lo SHM permette di comprendere il comportamento di una struttura monitorata.

I dati possono essere ottenuti attraverso le misurazioni effettuate durante test statici o dinamici progettati con uno scopo ben preciso, oppure acquisendoli durante vibrazioni ambientali o registrati duranti eventi eccezionali come i terremoti. D’altra parte, il livello di conoscenza è un parametro fondamentale nella verifica delle strutture esistenti.

Per introdurre ed incoraggiare l’uso dello SHM per migliorare la conoscenza di una struttura, è necessario un chiaro quadro normativo, con regole armonizzate tra le differenti nazioni, che tenga conto delle più recenti ricerche scientifiche in questo ambito. In questo lavoro, viene effettuata una critica analisi delle principali normative nel mondo nel contesto del monitoraggio e vengono forniti suggerimenti preliminari su come lo SHM possa influenzare il livello di conoscenza.


Con l'utilizzo di SHM si sarebbero evitati molti dei recenti collassi di ponti

Lo Structural Health Monitoring (SHM) permette di valutare il comportamento delle strutture attraverso i dati di alcuni parametri fisici selezionati, registrati attraverso sensori applicati alla struttura, sistemi di acquisizione di dati (DAQs) e sistemi di comunicazioni, oppure con satelliti o immagini grafiche. La registrazione di questi dati può avvenire simultaneamente con diversi eventi, scelti a seconda dei risultati che si vogliono ottenere. Infatti, le misurazioni possono essere effettuare durante test statici o dinamici, oppure i dati possono essere acquisiti durante vibrazioni ambientali o registrati durante eventi eccezionali, come i terremoti.

Quindi, il monitoraggio di una struttura permette di cogliere il suo comportamento sotto carichi diversi, quali quelli di traffico, ambientali o eccezionali. Inoltre, se continuo, il monitoraggio permette di individuare il deterioramento o i fenomeni di danno che possono manifestarsi col tempo, permettendo di cogliere prontamente condizioni pericolose ed effettuare una programmazione più efficiente della manutenzione. Lo SHM è, in definitiva, un utile strumento per migliorare la conoscenza di una struttura esistente. 

Il livello di conoscenza è un parametro fondamentale nella verifica di una struttura esistente. In alcune normative tecniche, una migliore conoscenza delle caratteristiche dei materiali e dei dettagli costruttivi permette di utilizzare coefficienti di sicurezza minori per valutare il fattore di sicurezza, quindi, per stabilire se segnalare il ponte, chiuderlo, regolarne il traffico o lasciarlo aperto per qualsiasi tipo di veicolo.

È noto che, con l’utilizzo di uno SHM, molti dei recenti collassi di ponti sarebbero stati evitati. Per introdurre ed incoraggiare l’uso dello SHM, al fine di migliorare la conoscenza di una struttura, è necessario un chiaro quadro normativo, con norme armonizzare tra le varie nazioni, che tenga conto delle più recenti ricerche scientifiche in tale ambito. 

In questo lavoro, viene effettuata una critica analisi delle principali normative nel mondo nel contesto del monitoraggio e vengono forniti suggerimenti preliminari su come lo SHM possa influenzare il livello di conoscenza.

 

Strutture esistenti: criteri generali per la valutazione

Una costruzione è definita “esistente” se la sua struttura è stata completamente costruita. Di solito, una costruzione si considera completata se la sua struttura portante è stata interamente realizzata. 

La valutazione della sicurezza di strutture esistenti è un tema complesso, a causa della loro elevata vulnerabilità, specialmente nei confronti delle azioni sismiche, la varietà di tipologie costruttive e, alcune volte, il loro valore storico, architettonico, artistico ed ambientale. Ne deriva una difficile standardizzazione dei metodi di valutazione e progettazione nonché delle tecniche di intervento.  

Nella valutazione di una struttura esistente, la sua conoscenza è un aspetto cruciale. La valutazione della sicurezza e la progettazione di una tecnica di intervento su una struttura esistente deve tener conto delle conoscenze al tempo della costruzione, dei difetti di progettazione e di costruzione, degli eventi che si sono verificati durante la vita della struttura, compresi quelli eccezionali, del deterioramento e dei cambiamenti significativi rispetto alla configurazione originale. 

I modelli strutturali devono essere basati sulla documentazione disponibile e su indagini cognitive sperimentali, sulla geometria e sui dettagli costruttivi, sulle proprietà meccaniche dei materiali e sull’entità dei carichi permanenti. Deve essere chiaro che, per una struttura esistente, le proprietà meccaniche dei materiali e le parti strutturali sono note attraverso indagini e non sono scelte dal progettista. La loro affidabilità dipende dalla correttezza e dall’accuratezza delle indagini e non sono presenti incertezze dovute alla transizione da progettazione a costruzione. 

La valutazione della sicurezza di un ponte esistente è una procedura volta a:

  • Verificare il massimo valore delle azioni che la struttura è in grado di sostenere (assumendo le combinazioni di progetto e i margini di sicurezza dati dalla normativa);
  • Stabilire se l’uso della costruzione può continuare senza interventi, se debba essere modificato (con una declassificazione, un cambio di destinazione o l’imposizione di limitazioni), oppure se sia necessario intervenire incrementando o ristabilendo la capacità della struttura portante. 

Il livello di conoscenza prima e dopo l’intervento deve essere sempre determinato. 

Come noto, la differenziazione dell’affidabilità delle strutture può essere basata su: 

  • Classi di Conseguenza (CC), che tengono conto delle conseguenze di un collasso o malfunzionamento di una struttura. Sono definite tre classi di conseguenza, chiamate CC1, CC2 e CC3 in ordine crescente. Singoli elementi di una struttura possono avere una differente CC;
  • L’indice di affidabilità  b  allo Stato Limite Ultimo (SLU). Sono definite tre Classi di Affidabilità (RC), associate alle tre CC, rispettivamente, e, ad ogni periodo di riferimento, è associato un valore minimo di b per ognuna di loro; 
  • I fattori parziali, come il fattore parziale dei carichi g, che può essere corretto in funzione della RC, o il fattore parziale dei materiali gM

Di solito, la valutazione di un ponte viene effettuata in due fasi distinte. Nella prima, sono analizzate le sue caratteristiche intrinseche e sulla base di una verifica statica, una verifica sismica e sulla robustezza del ponte, legata alla sua tipologia strutturale (per esempio al comportamento strutturale) e viene definito un indice di prestazione. Nella seconda fase, al fine di valutare la durabilità strutturale, viene rilevata la presenza di danni e/o difetti e la loro evoluzione nel tempo. In questa fase, il livello di ispezione gioca un ruolo importante. Infine, viene definito un indice globale, che tiene conto sia della prestazione strutturale che della durabilità.

 


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 Articolo tratto dagli atti di Eurostruct 2021

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