Valutazione e controllo del danneggiamento per fatica nei ponti ferroviari in acciaio

La corretta pianificazione degli interventi di manutenzione delle infrastrutture di trasporto come i ponti ferroviari ha assunto nel corso degli anni un’importanza sempre maggiore a causa delle perdite economiche connesse all’interruzione del regolare servizio. Tale aspetto risulta inoltre amplificato dal fatto che sia i ponti già esistenti che quelli di nuova costruzione saranno inclusi nella nuova rete di trasporto Europea. In particolare la fatica risulta essere la causa di degrado più diffusa nei ponti in acciaio ed in soluzione composta acciaio – calcestruzzo, causando circa 80-90% dei danneggiamenti nei componenti metallici. I ponti ferroviari sopportano milioni di cicli di carico durante la vita di esercizio ed sono particolarmente soggetti a questo tipologia di danno. Molte ricerche sono state realizzate per la valutazione del comportamento a fatica dei ponti in acciaio e composti acciaio – calcestruzzo; tali studi hanno fornito la base per l’elaborazione delle attuali Normative di progettazione. Tuttavia la corretta stima dei fenomeni di fatica nelle nuove strutture ed in quelle esistenti rimane un problema particolarmente complesso, determinato da fattori di incerta valutazione come gli spettri di traffico realmente presenti sulle linee ferroviarie, il comportamento dinamico effettivo degli impalcati in acciaio ed in soluzione composta acciaio-calcestruzzo, l’influenza dei fenomeni di interazione dinamica treno-struttura sull’intensità e l’andamento delle tensioni interne, l’effettiva resistenza alla fatica di dettagli strutturali di incerta classificazione. La presente tesi illustra una metodologia innovativa per la valutazione globale del comportamento a fatica di ponti e viadotti ferroviari metallici. L’approccio si basa su un’opportuna interconnessione delle più moderne tecniche di analisi sperimentali e numeriche al fine di ottenere una valutazione realistica ed affidabile degli indici di danneggiamento per fatica dei componenti principali e dei dettagli critici. Tali tecniche di analisi riguardano i diversi aspetti che contribuiscono alla valutazione del comportamento in esercizio degli impalcati metallici ed in particolare riguardano: i) la modellazione meccanica delle strutture mediante modelli numerici; ii) l’identificazione dinamica globale e/o locale; iii) l’aggiornamento dei modelli numerici mediante algoritmi di ottimizzazione; iv) il monitoraggio strutturale e l’identificazione del traffico ferroviario; v) la caratterizzazione sperimentale del comportamento a fatica di dettagli critici. La metodologia proposta è stata calibrata su due casi studio fornendo indicazioni importanti circa l’effettivo comportamento in esercizio delle opere analizzate e, più in generale, dimostrando la propria validità nel valutare in modo realistico ed affidabile i principali parametri che contribuiscono a definire il comportamento a fatica degli impalcati metallici, confermandosi come strumento particolarmente utile e versatile per la stima dei fenomeni di fatica nelle strutture di nuova realizzazione ed in quelle già esistenti.