Ricerca di difettologie in catene di rinforzo mediante la misura non distruttiva della risposta dinamica

La presente tesi riassume una ricerca con lo scopo di sviluppare un metodo per il monitoraggio in situ delle catene di rinforzo nelle costruzioni storiche. Tanti ricercatori stanno lavorando su questo campo, soprattutto in Italia considerando i numerosi edifici storici e l’elevata attività sismica. La novità di questa ricerca consiste nella combinazione dei test in situ con le analisi quantitative e qualitative dei parametri modali e, inoltre, con le simulazioni agli elementi finiti. Oltre alla soluzione numerica anche le formulazioni analitiche dei problemi sono state definite. Il primo capitolo della tesi “Identificazione del carico assiale nelle catene di rinforzo” descrive un metodo per determinare il carico assiale di trazione nelle catene di rinforzo antiche. La soluzione del problema è conseguita tramite le misure vibrometriche, la modellazione parametrica agli elementi finiti e l’algoritmo di ottimizzazione. Il metodo è stato applicato ad un caso di studio, sulle catene di Casa Romei a Ferrara, i cui risultati sono riportati nel primo capitolo. Al fine di sviluppare una tecnica non distruttiva di rilevamento dei danni, un impianto sperimentale è stato costruito presso il laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell'Università di Parma. L’impianto è abilitato a prove sia statiche sia dinamiche su travi metalliche con danni introdotti e controllati oppure senza difetti. Le travi, sottoposte al carico di trazione regolabile, riproducono le condizioni operative di un tirante vero. Nel secondo capitolo “Identificazione dei danneggiamenti nelle catene di rinforzo” è trattato l’impianto sperimentale e la tecnica non distruttiva per la difettologia delle travi. Il metodo si basa sull’analisi delle vibrazioni: la catena viene eccitata con un martello strumentale e la risposta dinamica è registrata tramite accelerometri. Questi semplici test sono veloci ed efficienti e permettono di diminuire il tempo speso per la prova vera in situ. L’elaborazione successiva dei risultati sperimentali in termini dell’analisi modale fornisce le funzioni di risposta in frequenza, le funzioni di coerenza, le frequenze modali e i rapporti di smorzamento modali. Analizzando ulteriormente questi dati è possibile trarre delle conclusioni sullo stato di sollecitazione e sull’integrità strutturale delle catene monitorate. I risultati delle prove statiche di cedevolezza sono correlati con i calcoli basati sui metodi della meccanica della frattura lineare elastica che vengono affrontati nel terzo capitolo “Approccio della meccanica della frattura”. Esso si concentra inoltre sulla classificazione delle cricche nelle travi tonde, giustificando la rappresentazione del difetto adottata nel capitolo precedente. Negli studi meccanici contemporanei le simulazioni numeriche sono diventate uno strumento importante per l’analisi di sensibilità e per la validazione dei risultati sperimentali. Le prove sperimentali contribuiscano al miglioramento della modellazione e le simulazioni numeriche, a loro volta, consentono di aumentare l’efficienza degli esperimenti. Il quarto capitolo “Simulazioni FEM” chiarifica la modellazione numerica utilizzata per affrontare l’approccio sperimentale riportato nei capitoli precedenti. Infine, il capitolo “Conclusione” evidenzia i risultati principali di questa ricerca e sottolinea le prospettive dei sui sviluppi futuri.