Prove di carico statiche e di caratterizzazione dinamica su impalcato stradale propedeutiche al collaudo

Il presente studio descrive l'applicazione di procedure di collaudo statico su un cavalcavia autostradale, in conformità con le vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni. Il collaudo statico, quale operazione di valutazione delle prestazioni strutturali, è stato condotto secondo una metodologia rigorosa che supera la consueta rilevazione delle sole inflessioni.

In particolare, per la verifica delle deformazioni è stato impiegato il metodo estensimetrico, in linea con quanto richiesto dalla normativa per una corretta valutazione del comportamento dell'opera. Inoltre, in riguardo alle prescrizioni normative che richiedono indagini supplementari per opere di rilevanza strutturale come i ponti, il collaudo è stato integrato con prove di caratterizzazione dinamica finalizzate alla conoscenza dei parametri dinamici dell’opera in esame.

Il lavoro sottolinea l'importanza di una rigorosa aderenza alle procedure normative e l'assunzione di un approccio multidimensionale che includa sia le prove statiche che quelle dinamiche per garantire la sicurezza, l'integrità strutturale e la conformità dei manufatti. I risultati di questa applicazione pratica dimostrano come una valutazione completa e scientifica sia essenziale per il rilascio del Certificato di Collaudo.

Keywords: Structural Health Monitoring; Collaudo statico; Prove di carico statiche; Prove dinamiche

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NTC 2018 e Circolare 7/2019: perché il controllo delle deformazioni non si limita alle inflessioni

Nelle vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni

“Il collaudo statico […], è finalizzato alla valutazione e giudizio sulle prestazioni […] delle opere e delle componenti strutturali comprese nel progetto ed eventuali varianti depositati presso gli organi di controllo competenti”.

Il Collaudo si configura quindi come una operazione articolata che richiede, da un lato, l’analisi di tutte le informazioni fornite dalla documentazione di progetto e da quella inerente all’esecuzione dei lavori, integrate, ove ritenuto opportuno, dalle eventuali indagini e prove in situ, e dall’altro la sintesi ragionata e comparata delle risultanze che tale analisi restituisce, il tutto sintetizzato nel giudizio sulle prestazioni strutturali e restituito nel Certificato di Collaudo.

Il professionista incaricato del Collaudo Statico si trova quindi ad apporre un suggello alle attività del processo che dal progetto conducono alla realizzazione della struttura portante di un manufatto, accertando che tutte le fasi siano state svolte nel pieno rispetto del disposto normativo e dalle lex specialis che regolamentano i rapporti contrattuali. Nello svolgimento di tale attività, il Collaudatore, potrà avvalersi degli strumenti e delle metodologie che la Tecnica della Sperimentazione delle Strutture mette a disposizione.

La norma tecnica si ferma qui, e d’altra parte, a ben vedere, non può andare oltre. È di tutta evidenza, infatti, che una siffatta attività comporta l’instaurarsi di un quadro di assunzione di responsabilità sul piano giuridico che esorbita gli obiettivi di una norma tecnica, basti solo pensare alle possibili conseguenze che possono scaturire dal crollo di una costruzione.

Di fronte a tale complessità, appare quanto mai opportuno, se non necessario, che il tecnico incaricato della redazione del Certificato di Collaudo Statico svolga il proprio compito avendo una adeguata consapevolezza del proprio ruolo tanto sul piano tecnico quanto su quello giuridico. Gli eventi, talvolta drammatici, che si sono verificati nel nostro Paese e che hanno interessato il settore dell’ingegneria strutturale hanno messo in evidenza la correttezza di tale impostazione [1].

Nel seguito si descrivono le procedure e gli esiti della verifica delle prestazioni statiche di un Cavalcavia autostradale sulla A20 ME-PA eseguiti in fase di collaudo statico.

Seguendo la rigorosa procedura prevista dalle Norme tecniche il Collaudatore, sentito il Progettista e il Direttore dei Lavori, ha fornito le indicazioni sia con riferimento alle configurazioni di carico da attuare durante le fasi di prova di carico sia con riguardo alla stima dei parametri dinamici della struttura per mezzo di prove di caratterizzazione dinamica.

I vari setup di prova sono stati concordati con gli Scriventi tecnici della società DISMAT incaricata dalla Committenza alla esecuzione delle rilevazioni sperimentali. Talvolta le procedure sperimentali si limitano al rilevamento delle inflessioni, che sebbene utili, non esauriscono il complesso di misure utili alla corretta valutazione del comportamento in condizioni di esercizio, vale la pena di osservare come la stessa norma indichi che le prove statiche vanno condotte verificando l’evoluzione delle deformazioni e per quanto le due cose vengano spesso confuse tra loro, il monitoraggio delle deformazioni è cosa ben diversa da un punto di vista tecnico-sperimentale.

Il presente studio è stato condotto seguendo in modo rigoroso le prescrizioni normative non limitandosi alla rilevazione delle sole inflessioni ma predisponendo anche il monitoraggio delle deformazioni con il metodo estensimetrico.

Sebbene le prove statiche assumano la conditio sine qua non per la messa in esercizio e quindi il raggiungimento del collaudo statico, la stessa norma prescrive anche, ribadendolo nella Circolare Esplicativa, che le opere di significativa rilevanza quali: ponti, devono essere integrate anche prove di caratterizzazione dinamica [14].

Il cavalcavia sull'autostrada A20: geometria e sistema costruttivo acciaio-calcestruzzo

Il manufatto oggetto di sperimentazione è rappresentato da un cavalcavia, dell’Autostrada A20 Messina – Palermo, con impalcato in sistema misto acciaio-calcestruzzo con schema statico di trave continua su tre appoggi e si sviluppa per due campate identiche di luce pari a 40m, per una lunghezza complessiva di 80m (Fig. 1).

La sezione trasversale dell’impalcato è costituita dalla soletta in c.a. e da due travi principali in acciaio con sezione a doppio T, poste a una distanza trasversale di 5,00 m ed aventi altezza costante pari a 2,00 m.

Le travi principali sono mutuamente collegate da:

• traversi reticolari a “K” sia in campata che all’appoggio. In funzione dei profili utilizzati per correnti e diagonali, i traversi sono stati suddivisi in tre tipologie:
  
  • traversi tipo 1 (agli appoggi) – con diagonali e correnti costituiti da 2 x L120 x 120 x 12
  • traversi tipo 2 – con diagonali e correnti superiori costituiti da 2 x L80 x 80 x 8 e correnti inferiori costituiti da 2 x L120 x 120 x 12
  • traversi tipo 3 – con diagonali e correnti inferiori costituiti da 2 x L80 x 80 x 8 e correnti superiori costituiti da 2 x L120 x 120 x 12
• controventi inferiori costituiti da 2 x L150 x 150 x 15 in prossimità degli appoggi e da 2 x L120 x 120 x 12
• controventi superiori costituiti da 2 x L80 x 80 x 8.

La sezione stradale, di larghezza pari a 10.00 m, è realizzata con una soletta gettata in opera di spessore totale pari a 30 cm (a lordo delle predalles), connessa alle flange superiori delle travi in acciaio con connettori metallici tipo “Nelson”.

La soletta viene gettata su “predalle” prefabbricate in c.a. tralicciate che svolgeranno il ruolo di cassero a perdere.

La sezione stradale (Fig. 2) prevede da un lato un cordolo di 0,75 m per l’alloggiamento delle barriere di sicurezza, e dall’altro un marciapiede con larghezza complessiva paria 1,75 m, La rimanente larghezza pavimentata, pari a 7.50 m, si compone di due corsie di marcia e due banchine laterali.

Completano l’impalcato le finiture, la pavimentazione di spessore di 10 cm, le velette laterali prefabbricate e le barriere di sicurezza ed antisasso.

Gli appoggi su spalle e pile sono costituiti da isolatori elastomerici. I giunti sono del tipo in gomma armata con escursione di ±200 mm. La pila è realizzata in opera con sezione piena rettangolare arrotondata alle estremità. La fondazione della pila (Fig. 3) è costituita da un plinto di dimensioni pari a 8,00 x 5,00 x 1,80 m e da 6 pali trivellati Φ1000.

Le spalle (Fig. 4) sono di tipo a trave cuscino, costituite da un plinto da 11,00 x 5,00 x 1,50 m, 8 pali trivellati Φ1000, paraghiaia da 50 cm e muri di risvolto da 50 cm.

Le prove statiche di carico: metodologia e configurazioni con autocarri da 42 tonnellate

Le prove statiche di carico rappresentano uno strumento cardine del collaudo dei ponti e sono regolate dal Capitolo 9 delle Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 17/01/2018), che disciplina le procedure di collaudo statico.

In particolare, il §9.2 stabilisce che le prove devono essere condotte applicando carichi predeterminati e verificando che la struttura risponda in modo coerente con le previsioni progettuali.

La norma pone due condizioni essenziali:

• che le deformazioni durante la prova rimangano entro valori compatibili con lo stato limite elastico,
• e che al termine del ciclo di scarico non si manifestino deformazioni permanenti significative.

La Circolare esplicativa ribadisce e dettaglia questi concetti, sottolineando che la verifica non si esaurisce nella misura degli abbassamenti in campata, come spesso accade nella pratica corrente, ma richiede un controllo diretto delle deformazioni.
Inoltre, viene precisato che il criterio quantitativo di accettazione è basato sullo scostamento massimo del 20% tra le frecce misurate in prova e quelle previste dal modello di calcolo.

Dal punto di vista tecnico, questo passaggio è cruciale: mentre nella prassi il monitoraggio tende a concentrarsi sugli abbassamenti, la norma orienta chiaramente verso una valutazione delle deformazioni (elastiche e, se presenti, plastiche), che rappresentano la vera grandezza di controllo della prova. Questo aspetto, apparentemente secondario, cambia la prospettiva del collaudo: significa infatti che gli strumenti devono essere in grado non solo di restituire la configurazione deformata globale, ma anche di fornire informazioni locali sui livelli tensionali raggiunti.

In questa ottica, l’impiego congiunto di inclinometri, estensimetri e trasduttori di spostamento risponde pienamente allo spirito della norma. Gli inclinometri consentono infatti di ricostruire i profili di abbassamento, necessari per il confronto diretto con le frecce di progetto, mentre gli estensimetri forniscono la misura puntuale delle deformazioni, permettendo di verificare direttamente la prescrizione normativa. L’aggiunta dei trasduttori sugli appoggi ha poi completato il quadro, consentendo di monitorare il comportamento dei dispositivi di isolamento e di verificare la compatibilità dei movimenti locali con la risposta globale.

Su questo punto, va osservato che la norma non entra nel merito degli abbassamenti in corrispondenza degli appoggi, pur trattandosi di una grandezza che, in determinate condizioni, può influire significativamente sulla risposta globale della struttura.

Dal punto di vista tecnico, invece, la misura di tali abbassamenti è di grande utilità: essa consente di valutare non solo la deformata delle campate, ma anche il corretto funzionamento degli appoggi stessi e dei dispositivi di isolamento. La registrazione degli spostamenti in appoggio, specialmente se effettuata in più punti e con configurazioni ridondanti, permette di individuare eventuali comportamenti anomali (ad esempio rotazioni differenziali o giochi eccessivi) che potrebbero compromettere l’efficienza globale del sistema.

Da un punto di vista critico, si può osservare che la norma fissa dei criteri quantitativi chiari (±20%), ma lascia una certa indeterminatezza nella valutazione delle deformazioni residue, non definendo soglie numeriche precise. Questo aspetto, se da un lato garantisce flessibilità al collaudatore, dall’altro introduce margini interpretativi che richiedono competenza tecnica ed esperienza per essere tradotti in giudizi affidabili.

Nel caso specifico, le deformazioni residue sono state confrontate con le deformazioni massime misurate, per verificarne la trascurabilità in termini percentuali: una scelta operativa che rispetta la ratio della norma e ne traduce i principi in un criterio quantitativo applicabile.

Inclinometri, estensimetri e trasduttori: i tre sistemi di monitoraggio integrato

Il monitoraggio è stato condotto attraverso tre sistemi di misura integrati:

1) Inclinometri elettronici (18 in totale, modello Capetti WSD15TIIDRO, MEMS biassiali, campo ±1°, risoluzione 0,001°, accuratezza ±0,5%) installati simmetricamente ai lati dell’impalcato (9 lato Palermo e 9 lato Messina). Per ciascun lato, 3 sensori sugli appoggi (spalle e pila) e 6 lungo le campate (ai quarti e in mezzeria).

2) Estensimetri elettrici (8 in totale), installati sulla faccia laterale delle piattabande superiori e inferiori delle due travi principali in corrispondenza della pila centrale (4 per trave). Cablaggio in configurazione a ¼ di ponte. È stato adottato il gauge factor reale 𝐾𝑔 = 2.13, come riportato dal lotto di fornitura.

3) Trasduttori di spostamento piezoelettrici (Novotechnik), corsa 50 mm, risoluzione 0,01 mm, linearità
±0,05%. Tre per ogni appoggio, disposti a 120°, per monitorare abbassamenti medi e rotazioni differenziali.

Le prove statiche di carico sono state eseguite in fase di collaudo, prima della riapertura al traffico, con l’obiettivo di verificare la risposta dell’opera sotto carichi controllati e certificati.

Il carico è stato applicato mediante autocarri a quattro assi con massa complessiva dell’ordine di 42.000 kg ciascuno (pesi verificati con pesatura presso bilancia pubblica, con scostamenti dell’ordine di ±200 kg).

Scenario 1 e Scenario 2: come sono stati distribuiti i carichi sulle due campate

Sono state adottate due configurazioni principali:

• Scenario 1: 6 autocarri su una campata, mirato a massimizzare i momenti positivi.
• Scenario 2: 8 autocarri distribuiti 4+4 sulle due campate, sfalsati di circa 1,80 m, per accentuare il momento negativo nella sezione di appoggio centrale.

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La presente memoria è stata pubblicata su MASTER Magazine (la rivista dell'Associazione MASTER) di Ottobre 2025 (anno XVI).
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FAQ TECNICHE: Collaudo statico ponti: prove di carico e analisi dinamica OMA

Che cosa si intende per collaudo statico di un ponte?

Il collaudo statico è la valutazione finale delle prestazioni strutturali dell’opera rispetto al progetto, alle varianti approvate e alle prescrizioni normative.
Nel caso dei ponti non consiste solo nella misura degli abbassamenti, ma richiede una lettura integrata di deformazioni, spostamenti, risposta elastica e comportamento degli appoggi.

In quali contesti sono utili prove statiche e prove dinamiche integrate?

L’approccio integrato è particolarmente utile per ponti, cavalcavia e opere d’arte stradali di significativa rilevanza strutturale.
Nel caso esaminato, l’impalcato è un sistema misto acciaio-calcestruzzo con due campate da 40 m e lunghezza complessiva di 80 m.
Le prove statiche verificano la risposta sotto carichi controllati, mentre le prove dinamiche restituiscono frequenze, forme modali e smorzamenti utili anche per il monitoraggio futuro.

Quali norme regolano il collaudo statico dei ponti?

Il riferimento nazionale principale è il Capitolo 9 delleNorme Tecniche per le Costruzioni, DM 17 gennaio 2018, con la Circolare esplicativa n. 7/2019.
Per la progettazione e verifica dei ponti sono inoltre rilevanti gli Eurocodici strutturali, in particolare UNI EN 1991-2 per i carichi da traffico, UNI EN 1993-2 per i ponti in acciaio e UNI EN 1994-2 per i ponti composti acciaio-calcestruzzo.
Per gli appoggi elastomerici e strutturali sono pertinenti le norme della serie UNI EN 1337.

Quali strumenti sono stati utilizzati nella prova di carico?

Il monitoraggio statico è stato condotto con 18 inclinometri elettronici, 8 estensimetri elettrici e trasduttori di spostamento piezoelettrici installati sugli appoggi.
Gli inclinometri hanno permesso di ricostruire la deformata, gli estensimetri di misurare le deformazioni nelle fibre delle travi e i trasduttori di controllare abbassamenti medi e rotazioni locali degli appoggi.
I carichi sono stati applicati con autocarri a quattro assi di massa dell’ordine di 42.000 kg ciascuno.

Quali vantaggi offre l'approccio multi-strumentale (inclinometri, estensimetri, trasduttori, accelerometri)?

La combinazione di inclinometri (ricostruzione della deformata globale), estensimetri (deformazioni puntuali nelle fibre estreme), trasduttori di spostamento sugli appoggi (controllo di isolatori e rotazioni differenziali) e accelerometri per l'OMA fornisce un quadro completo che va oltre la semplice freccia in campata, permettendo di verificare sia il comportamento globale che quello locale, inclusa l'efficacia dei dispositivi di isolamento.

Che ruolo hanno i parametri dinamici identificati (frequenze, smorzamenti) nel tempo?

Costituiscono una baseline dinamica di riferimento per programmi futuri di Structural Health Monitoring (SHM): variazioni significative di frequenze o smorzamenti rispetto ai valori di collaudo possono fungere da indicatori precoci di degrado o danno strutturale, anche a distanza di anni dalla messa in esercizio.

Quali errori vanno evitati nel collaudo sperimentale di un ponte?

Il primo errore è ridurre il collaudo alla sola misura degli abbassamenti in mezzeria, senza controllare deformazioni locali, appoggi e risposta dinamica.
Il secondo è posizionare i sensori senza considerare la geometria reale dell’impalcato: nel caso esaminato gli accelerometri sono stati collocati sugli assi delle travi principali per evitare frequenze spurie degli sbalzi laterali.
Il terzo è interpretare i risultati senza una baseline tecnica e normativa chiara. Dove mancano soglie numeriche esplicite, serve un criterio motivato dal collaudatore. [Verificare specifica tecnica/norma]