Model Updating di Ponti mediante algoritmi genetici per applicazioni di SHM = Model Updating of Bridges using genetic algorithms for SHM applications

La conoscenza del comportamento statico e dinamico delle strutture esistenti è di fondamentale importanza, in particolare nel territorio italiano, dato l’elevato rischio sismico e il deterioramento pregresso dell’ambiente costruito. Per questo motivo, il monitoraggio strutturale (SHM), è fondamentale per lo studio e l’analisi delle prestazioni delle opere civili in condizioni di esercizio. Nel seguente elaborato vengono presentati la modellazione, l’aggiornamento e la validazione di un modello agli elementi finiti (FEM) orientato al monitoraggio della salute strutturale di due opere in particolare: il ponte di Realdino situato a Carate Brianza (Monza), e il viadotto Clarea situato a Chiomonte (Torino). Il ponte a Carate Brianza è interamente in calcestruzzo armato ordinario ed è costituito da due archi centrali e da un’impalcato a graticcio con luce complessiva di circa 129,5 m. Ad eccezione delle travi, dei traversi e dei piedritti, che che sono modellati come elementi trave, tutti le componenti strutturali sono modellate come elementi shell al fine di riprodurre al meglio il loro comportamento bidimensionale. Diversamente, il viadotto Clarea è composto da un impalcato a travi continue a sviluppo curvilineo in calcestruzzo armato precompresso per una luce totale di circa 600m. L'impalcato è a cassone ed è poggiante su sei pile ad altezza variabile le cui sezioni sono cave alla base e proseguono con due lamine parallele alla testa. Il modello agli elementi finiti è unifilare e ciascuna componente strutturale è modellata come elemento trave. La combinazione del monitoraggio strutturale e di algoritmi di ottimizzazione diventa il punto focale del processo di Model Updating, in quanto offre la possibilità di creare e/o aggiornare le caratteristiche di un modello agli elementi finiti sulla base delle informazioni provenienti dal campo, rendendolo più affidabile e capace di rappresentare correttamente il reale comportamento della struttura. In particolare, il presente lavoro di tesi propone due approcci di ottimizzazione del modello nel campo dei ponti e dei viadotti. Le tecniche in questione sono l’analisi parametrica e gli algoritmi genetici. L’approccio presentato può essere utilizzato per opere esistenti, ma anche per infrastrutture di nuova progettazione, permettendo lo sviluppo del modello numerico in maniera veloce ed efficace. La taratura del modello agli elementi finiti comincia con la raccolta dei dati sperimentali provenienti dal campo e acquisiti con l’ausilio di accelerometri posizionati sulla struttura, i quali permettono di acquisire dati con precisione e in tempo reale. I risultati saranno poi elaborati attraverso tecniche basate sull’analisi modale operazionale (OMA), con lo scopo di ottenere le caratteristiche dinamiche della struttura e di confrontarle con i valori numerici del modello FEM, evidenziandone eventuali differenze o anomalie. Di conseguenza, l’algoritmo sviluppatosi aggiorna iterativamente il modello numerico finché le frequenze naturali e le forme modali siano il più possibile simili alle misurazioni sperimentali. L’obiettivo dell’ elaborato mira a garantire un utilizzo ottimale delle informazioni disponibili, basandosi sull’uso di strumenti di monitoraggio, tecniche di modellazione avanzate e algoritmi informatici. I sistemi appena citati consentono di fornire informazioni precise riguardo lo stato di salute dell’infrastruttura e di gestire/pianificare eventuali interventi di manutenzione preventiva al fine di non mettere in pericolo la vita delle persone.