Un approccio geofisico integrato per la caratterizzazione del comportamento strutturale del Ponte Gravina di Matera.

I ponti costituiscono una parte essenziale dell’assetto viario di qualsiasi nazione e il loro possibile deterioramento, causato dalla normale usura del tempo e da eventi naturali, può avere forti impatti dal punto di vista sociale, economico e di sicurezza. In Italia è ancora fresco il ricordo della tragedia del Ponte Morandi nell’agosto del 2018, quando il collasso del 15% della struttura causò 43 vittime e più di 500 sfollati. Nel nostro paese, circa 10000 ponti richiedono un controllo specifico e accurato del loro grado di sicurezza statica, soprattutto a causa degli alti volumi di traffico giornalieri che aumentano la percentuale di rischio associata all’infrastruttura.

Nota questa problematica, un’equipe di ricercatori del CNR-IMAA, in collaborazione con l’Università della Basilicata e ANAS, nell’ambito del progetto SPOT (Sviluppo di una Piattaforma per l’erogazione di servizi innovativi basati su dati di Osservazione della Terra), ha messo a punto un approccio geofisico integrato basato su tecniche sensoristiche affidabili, in situ e da remoto, a basso costo, non invasive e non distruttive. Tale approccio rientra nell’ambito del monitoraggio strutturale non distruttivo ed ha lo scopo di caratterizzare l’infrastruttura da un punto di vista statico e dinamico e di descriverne in maniera accurata lo stato iniziale e l’evoluzione delle sue proprietà al fine di individuarne eventuali criticità. La metodologia proposta supera i limiti delle classiche ispezioni visive e contribuisce alla caratterizzazione continua e in real-time dell’infrastruttura mediante acquisizione di dati oggettivi.

Come sito test per la validazione di questa metodologia è stato scelto il Ponte Gravina, un ponte ad arco di recentissima costruzione, ubicato sulla strada Statale Bradanica 655, nei pressi di Matera (Figura 1a).

L’approccio proposto in tale studio, recentemente pubblicato sulla rivista internazionale Structural Health Monitoring, si basa sulla registrazione e analisi di due tipi di dati geofisici (sismici ed elettromagnetici) acquisiti sia attraverso test on-demand, sia nel corso di un monitoraggio in continuo dell’infrastruttura, nel periodo da Giugno 2019 al 31 Marzo 2020 (Figura 1b).

I dati sismici sono stati acquisiti, in condizioni ordinarie di utilizzo del ponte, mediante accelerometri e velocimetri che sono stati posizionati in quattro punti strategici della struttura: sulla campata e all’interno del suo arco tubolare. I dati elettromagnetici, invece, sono stati registrati durante l’esecuzione dei test on-demand da un radar interferometrico posizionato al di sotto dell’infrastruttura per osservare gli spostamenti verticali del ponte, nei suoi diversi punti, durante il passaggio di veicoli pesanti capaci di far vibrare la struttura in maniera differente rispetto alle condizioni ordinarie. I dati acquisiti sono stati analizzati attraverso diverse metodologie, al fine di caratterizzare l’infrastruttura in termini di frequenze principali di vibrazione, relativi parametri di smorzamento e forme modali del ponte.

Da un punto di vista metodologico, obiettivo primario di questo studio, è stato trovare un perfetto accordo reciproco tra i risultati provenienti dall’analisi di diverse tipologie di dati, acquisiti in maniera completamente indipendente fra loro, con quelli relativi ai modelli numerici del ponte già disponibili (Figura 2). La coerenza fra i risultati ottenuti è stata fondamentale per verificare la validità dell’approccio geofisico integrato proposto in tale studio oltre a poter definire con assoluta affidabilità le caratteristiche statiche e dinamiche iniziali del ponte, del tutto compatibili con quelle di un modello di ponte a spinta orizzontale eliminata. Inoltre, attraverso l’esecuzione di sondaggi sismici ed elettrici sui terreni di fondazione si è certificato che il ponte poggia su roccia calcarenitica, senza significativi effetti di amplificazione locale e quindi di interazione con l’infrastruttura.

La conoscenza delle proprietà iniziali del ponte ottenuta mediante la metodologia proposta e validata è molto importante: essa definisce, infatti, il punto di partenza per successive analisi basate sull’implementazione di modelli numerici predittivi necessari per un duplice scopo:

• monitorare le prestazioni del ponte, al fine di determinare le migliori strategie di manutenzione dell’infrastruttura;
• definire soglie critiche utili per individuare, in maniera semi-automatica, alcune criticità nel comportamento dinamico dell’infrastruttura monitorata.

Figura 1. a) Ponte Gravina. b) Immagini della strumentazione adottata per lo studio del Ponte. Da sinistra verso destra: accelerometri e velocimetri nei pressi dell’isolatore sismico alla base della struttura; interferometro radar; accelerometro posizionato all’interno dell’arco tubolare; velocimetro installato su campata

Figura 2. Risultati delle analisi effettuate su diversi dati geofisici a) Modi fondamentali di vibrazione determinati dall’analisi di dati sismici: si osservano, in particolare i primi 4 modi di vibrazione a 0.75 Hz, 0.97 Hz, 1.35 Hz e 1.5 Hz, rispettivamente. b) Modi di vibrazione a 0.75 Hz e 1.35 Hz stimati dall’analisi dei dati elettromagnetici. c) Forma modale relativa al primo modo di vibrazione. d) Forma modale relativa al terzo modo di vibrazione.

Per informazioni

Vincenzo Serlenga, CNR-IMAA, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Approfondimenti

• Serlenga V., Gallipoli M.R., Ditommaso R., Ponzo C.F., Tragni N., Stabile T.A., Perrone A., Calamita G., Vignola L., Pietrapertosa D., Carso R.F. 2021. Structural behavior characterization of the Gravina Bridge (Matera, Southern Italy). P. Rizzo and A. Milazzo (Eds.): EWSHM 2020, LNCE 127, pp. 23–31, doi:10.1007/978-3-030-64594-6_3.

• Serlenga V., Gallipoli M.R., Ditommaso R., Ponzo C.F., Tragni N., Perrone A., Stabile T.A., Calamita G., Vignola L., Carso R.F., Pietrapertosa D., Lapenna, V. 2021. An integrated approach for structural behavior characterization of the Gravina Bridge (Matera, Southern Italy). Structural Health Monitoring, doi:10.1177/1475921720987544.