Test di carico sui ponti ferroviari: la misura degli spostamenti con smartphone e DIC
In Polonia la normativa tecnica per l’ammissione all’esercizio delle infrastrutture ferroviarie impone l’esecuzione di prove di carico in condizioni di traffico reale. Per i ponti di nuova costruzione, per quelli sottoposti a interventi di manutenzione straordinaria e per le strutture oggetto di ricostruzione, il collaudo sotto carichi mobili rappresenta un requisito vincolante. Lo stesso tipo di verifica può essere richiesto anche per ponti esistenti, allo scopo di valutarne la capacità portante residua o di aggiornarne la classificazione.
La misurazione degli spostamenti verticali durante le prove di carico costituisce un parametro critico per la valutazione del comportamento strutturale. La precisione richiesta, spesso di ordine sub-millimetrico, ha portato i ricercatori a sperimentare soluzioni alternative ai sensori tradizionali, più economiche e facilmente replicabili in cantiere.
Obbligo normativo e contesto di applicazione
Il quadro regolatorio polacco prevede che per ogni ponte ferroviario sia acquisita una risposta dinamica sotto carichi mobili prima del rilascio dell’autorizzazione all’esercizio. Le verifiche sono obbligatorie per le strutture nuove, dopo interventi di rilevante modifica e per quelle ricostruite. La norma ammette inoltre l’utilizzo di tali prove come strumento complementare di diagnosi per ponti esistenti, qualora emergano dubbi sulla capacità portante o sulla sicurezza in esercizio.
Le procedure di accettazione richiedono la misura di parametri cinematici spostamenti, accelerazioni, frequenze proprie con tolleranze definite dal capitolato tecnico. La strumentazione tradizionale accelerometri, trasduttori di spostamento a contatto, livellazioni ottiche comporta costi di installazione e tempi di allestimento non trascurabili, soprattutto quando il ponte si trova in area isolata o con accesso limitato ai binari.
Sensoristica a basso costo basata su correlazione di immagini
Un gruppo di ricerca ha documentato una delle prime applicazioni, per quanto noto agli autori, di sensori remoti a basso costo per la cattura di spostamenti con precisione sub-millimetrica durante un test di carico accettivo su un ponte ferroviario a travatura reticolare. La tecnica adottata si basa sulla correlazione di immagini digitali, nota come DIC (Digital Image Correlation).
Le riprese video sono state effettuate con un comune smartphone in condizioni di illuminazione notturna artificiale, senza necessità di equipaggiamento specializzato. Il segnale video è stato successivamente elaborato con un sistema di visione digitale, consentendo di estrarre la storia temporale degli spostamenti verticali di punti specifici della struttura. I risultati sono stati confrontati con quelli ottenuti da accelerometri installati in parallelo, al fine di validare l’accuratezza e la precisione del metodo DIC.
I dati raccolti mostrano che le registrazioni video da smartphone, opportunamente processate, forniscono misure di spostamento con una precisione compresa tra il millimetro e il decimo di millimetro, in linea con le specifiche richieste per i collaudi di accettazione.
Modello numerico e interpretazione del comportamento strutturale
Per supportare l’interpretazione della risposta dinamica sotto carichi mobili, è stato sviluppato un modello agli elementi finiti (FEM) della campata in esame. Il modello ha permesso di confrontare i profili di spostamento misurati con quelli simulati, confermando la bontà delle stime ottenute dal sistema DIC. La combinazione tra misura remota economica e modellazione numerica apre la strada a procedure di collaudo più rapide e accessibili, pur mantenendo il livello di affidabilità richiesto dalla normativa.
L’esperienza polacca dimostra che la sensoristica low-cost, basata su dispositivi di largo consumo e algoritmi di visione artificiale, può rappresentare un’alternativa praticabile per i tecnici impegnati nelle prove di carico di ponti ferroviari, riducendo i costi di strumentazione e i tempi di installazione senza compromettere la precisione delle misure.
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