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Otto celle di carico su quaranta: sul ponte Filomena Delli Castelli, opera strallata sul fiume Saline in provincia di Pescara, questa dotazione scelta con criteri di ottimizzazione restituisce informazioni dinamiche sostanzialmente equivalenti a quelle ottenibili acquisendo tutti i sensori. È l’esito della ricerca presentata da Sandro Carbonari ad ANIDIS 2025 con Fabrizio Gara e i ricercatori Vanni Nicoletti e Simone Quarchioni, dedicata a un impiego finora poco sfruttato delle celle integrate negli ancoraggi degli stralli: l’identificazione dinamica dell’opera, accanto al tradizionale controllo statico delle forze.

Celle di carico nate per il controllo statico

Sui ponti strallati la strumentazione del monitoraggio della salute strutturale è in parte già in opera: le celle di carico integrate negli ancoraggi degli stralli, montate in genere durante la costruzione per controllare le forze degli elementi di sospensione e l’equilibrio nelle fasi di montaggio. Concluse le opere restano disponibili per verifiche periodiche o per il monitoraggio in continuo, ma l’uso consueto resta legato alle condizioni statiche, con acquisizioni a basse frequenze di campionamento. Alzare la frequenza estende l’osservazione alla risposta dinamica, con la prospettiva di prescindere da accelerometri e velocimetri aggiuntivi e di contenere i costi dell’acquisizione, purché qualità delle misure e interpretazione dei dati siano adeguate.

Il nodo tecnico: dalle forze agli spostamenti

L’analisi modale operazionale di norma campiona accelerazioni o velocità in punti selezionati e dalle serie temporali ricava frequenze proprie e forme modali in termini di spostamento. Le celle di carico restituiscono invece variazioni di forza. Per ricondurre le forze agli spostamenti serve la matrice di deformabilità dinamica del sistema condensato sui gradi di libertà monitorati, inversa della matrice di rigidezza dinamica: ogni colonna dà la risposta in spostamento dei punti considerati a una forza unitaria applicata in un grado di libertà, alla frequenza di interesse. La matrice si ricava da un modello numerico calibrato sulle campagne sperimentali oppure da prove con forzante nota, condotte con shaker o vibrodine; procedure entrambe impegnative.

Resta da capire se, a fini di monitoraggio, occorra sempre ricostruire le forme in spostamento oppure si possa lavorare direttamente con quelle in forza. Lo Structural Health Monitoring non mira a descrivere ogni dettaglio della risposta dinamica, bensì a riconoscere nel tempo le variazioni delle proprietà strutturali.

Arpa e ventaglio: quando le forme in forza bastano

La risposta arriva da un’analisi parametrica su due configurazioni tipiche di strallatura, lo schema ad arpa e quello a ventaglio, impostata in forma adimensionale. Il parametro guida è Kr, definito dal rapporto tra la rigidezza estensionale dello strallo più corto e una grandezza di riferimento legata alla rigidezza flessionale dell’impalcato, opportunamente adimensionalizzata. La corrispondenza tra forme in spostamento e forme ricavate dalle forze è stata quantificata con il Modal Assurance Criterion, che varia da zero a uno e cresce con la correlazione tra i vettori modali.

I due schemi si distinguono: nell’arpa la corrispondenza diventa molto elevata quando Kr supera indicativamente 10⁵, nel ventaglio serve un ordine di grandezza in più, intorno a 10⁷. Nelle configurazioni esaminate il MAC resta comunque elevato, tra 0,85 e 1 circa. Con rapporti di rigidezza sufficienti, le forme in forza possono quindi rappresentare il comportamento dinamico a fini di monitoraggio, con elaborazioni più leggere e minore dipendenza dai modelli numerici, a patto di verificare la semplificazione sulla configurazione specifica del ponte.

Particle Swarm Optimization per scegliere quali celle acquisire

Il secondo fronte è la selezione dei sensori. Con decine di stralli, acquisire tutte le celle in continuo ad alte frequenze pesa su strumentazione, trasmissione e gestione dei dati. La scelta non può fondarsi soltanto sulla distribuzione geometrica: occorre un numero contenuto di punti di misura capaci di massimizzare l’informazione, soddisfacendo due esigenze complementari, la sensibilità ai danneggiamenti localizzati negli stralli e la possibilità di identificare le caratteristiche dinamiche globali dell’impalcato.

La procedura si affida al Particle Swarm Optimization, algoritmo stocastico e metaeuristico ispirato ai comportamenti collettivi di banchi di pesci e stormi di uccelli, che esplora combinazioni di sensori minimizzando una funzione obiettivo. Questa somma tre contributi pesati con coefficienti tra zero e uno: la sensibilità della selezione a un danno localizzato in uno strallo, valutabile dalle variazioni di forza; la capacità di riconoscere modificazioni delle forme modali rispetto alla struttura integra, verificate con il MAC; l’ortogonalità dei modi identificabili con la disposizione delle celle, per separarle in modo efficace. In ingresso servono il numero di modi da identificare e quello delle celle da acquisire, definibile anche in base alle risorse economiche. Il dimensionamento del sistema diventa così un problema di ottimizzazione dell’informazione, non di semplice disponibilità strumentale.

Il banco di prova sul fiume Saline

Geometria complessa e sistema di misura delle forze negli stralli già in esercizio rendono il ponte Filomena Delli Castelli un caso adatto alla verifica. L’impalcato, a sezione composta acciaio-calcestruzzo, è sostenuto da due travi longitudinali di altezza contenuta, tra 1 e 1,2 metri, con larghezza variabile e una porzione ciclopedonale servita da traversi aggettanti. I piloni, a sezione circolare con doppia inclinazione e configurazioni differenti sui due lati dell’opera, hanno la parte inferiore parzialmente riempita di calcestruzzo per le esigenze di stabilità. I due elementi verticali sono collegati da un traverso che ospita un isolatore elastomerico con nucleo in piombo, concepito per il comportamento sismico dell’infrastruttura; alle spalle lavorano appoggi bidirezionali bilateri, capaci di contrastare anche le azioni di trazione di particolari configurazioni di carico.

Celle di carico contro accelerometri

Sul campo sono stati acquisiti i segnali di otto celle scelte tra le quaranta presenti, affiancati da una campagna di identificazione dinamica tradizionale condotta con accelerometri su 61 punti di misura. La densità di punti ha permesso di ricostruire le forme modali con buon dettaglio, limitando l’aliasing spaziale, e i dati accelerometrici sono serviti da riferimento. Il contenuto in frequenza, analizzato con la densità spettrale di potenza, mostra le principali componenti della risposta dinamica riconoscibili in entrambe le famiglie di segnali, con differenze legate a componenti specifiche dei segnali di forza, tra cui una frequenza associata al comportamento di un pilone. Le celle registrano cioè le vibrazioni della struttura, oltre alle variazioni statiche delle forze.

Il modello FEM chiude il cerchio

Il quadro si completa con un modello agli elementi finiti del ponte, calibrato sui risultati sperimentali e impiegato per ricostruire le forme modali in spostamento a partire dalle informazioni delle celle. Confrontate tramite MAC con quelle della campagna accelerometrica, presentano valori molto prossimi all’unità. Elevati risultano anche i livelli di correlazione lavorando direttamente sulle forme in forza, senza trasformazione in spostamenti, in coerenza con l’analisi parametrica: per il valore di Kr del ponte lo studio indicava un coefficiente di correlazione nell’ordine di 0,87. Il caso studio costituisce così una prima conferma sperimentale della possibilità di ricavare informazioni modali affidabili dalle celle, senza ricorrere sistematicamente alla ricostruzione degli spostamenti.

Quante celle servono davvero

Per chi dimensiona il sistema di acquisizione la domanda pratica è quante celle destinare al monitoraggio. Applicando ripetutamente l’ottimizzazione al caso studio, gli indicatori legati alle prestazioni dinamiche tendono a stabilizzarsi all’aumentare delle celle: otto unità selezionate con la procedura coprono il contenuto informativo dinamico ottenibile monitorando tutte le quaranta. Il numero non è trasportabile ad altre opere, perché la soluzione dipende da geometria, caratteristiche meccaniche, modi da identificare e obiettivi del controllo. Resta il principio, con ricadute economiche e gestionali per i sistemi che lavorano in continuo: una selezione mirata dei punti di misura riduce la strumentazione senza compromettere l’identificazione dinamica.

Sul ponte opera anche un monitoraggio in continuo il cui layout era stato definito prima della messa a punto della procedura, quindi senza i criteri dell’algoritmo PSO. Il confronto tra le frequenze identificate con le celle e quelle ricavate dagli accelerometri conferma che entrambe le misurazioni riconoscono le caratteristiche dinamiche della struttura; i modi individuabili con le celle restano però leggermente meno di quelli ottenibili con una disposizione ottimizzata. La distribuzione dei punti di acquisizione conta quanto la quantità di strumenti.

Lo studio spinge verso sistemi integrati che uniscano il controllo delle forze negli stralli all’identificazione di frequenze e forme modali dell’intera infrastruttura, valorizzando la strumentazione già presente e limitando i dispositivi da installare, con ricadute positive sui costi di acquisizione. Resta aperta la questione diagnostica: riconoscere una variazione del comportamento dinamico non equivale ad attribuirla a uno specifico danneggiamento, poiché frequenze e forme modali risentono anche delle condizioni ambientali e operative variabili. La procedura va letta come contributo metodologico alla progettazione dei sistemi di monitoraggio, da adattare di volta in volta agli scenari di danno di ciascuna opera.

L’equivalente di 42 campi da calcio di terreno nuovo è emerso lungo la costa meridionale danese come diretta conseguenza degli scavi marini per il tunnel di Fehmarnbelt. Si tratta di circa 300.000 metri quadrati di suolo ricavato dal materiale di dragaggio necessario per la posa in trincea dell’opera, un risultato che concretizza un approccio alla gestione dei flussi di scavo ancora poco diffuso nei grandi cantieri infrastrutturali.

## Come si costruisce un territorio dal fondo marino

Il tunnel di Fehmarnbelt attraverserà 18 chilometri di Mar Baltico, collegando Rødbyhavn, in Danimarca, a Puttgarden, in Germania. La struttura è pensata come una successione di 89 elementi prefabbricati in calcestruzzo, ciascuno lungo 217 metri e dal peso di 73.000 tonnellate, calati in una traccia preparata sul fondale. Il completamento è previsto per il 2029, con l’obiettivo di ridurre a circa due ore e mezza il collegamento in treno tra Amburgo e Copenaghen.

Un cantiere di questa scala mobilita volumi di scavo tali da rendere la questione dello smaltimento un vero problema di progetto. Sund & Bælt, la società di trasporti pubblica danese che conduce l’opera, ha scelto da subito di trattare il materiale dragato come risorsa e non come rifiuto. Il risultato è un’estensione permanente del territorio nazionale, situata vicino a Rødbyhavn, che mantiene il materiale nel suo contesto di origine ed evita trasferimenti a distanza o depositi temporanei.

## Una destinazione ecologica, non edificatoria

La destinazione d’uso del nuovo suolo costituisce l’aspetto più distintivo dell’intervento. Il project manager Ditte Hjort ha descritto l’intento di creare un luogo dove il pubblico possa vivere una natura costiera di carattere specifico. Il programma di sviluppo prevede sentieri pedonali, tre stagni e habitat dedicati a uccelli, anfibi e insetti. La scelta delle specie vegetali risponderà alle condizioni climatiche severe della costa meridionale baltica, caratterizzata da vento ed esposizione salina.

Non si tratta, quindi, di una bonifica finalizzata a urbanizzazione o insediamenti produttivi. In un paese come la Danimarca, dove il territorio è già intensamente occupato da aree produttive e protette, convertire materiale di scavo in spazio naturale pubblico rappresenta una scelta con implicazioni progettuali rilevanti. L’esperienza danese in questo ambito è consolidata, dalle bonifiche storiche fino a progetti più recenti come Lynetteholm a Copenaghen. Ciò che differenzia l’intervento di Rødbyhavn è l’orientamento esplicito verso natura e fruizione, senza preparazione del terreno per edilizia.

La superficie è contenuta rispetto agli standard internazionali delle bonifiche costiere, ma sufficiente a modificare stabilmente la linea di riva locale, generando un nuovo margine terreno-acqua dove prima non esisteva.

## Modellazione e verifiche del nuovo suolo

La costruzione di terreno stabile a partire da sedimenti dragati pone quesiti geotecnici non banali. Il comportamento nel tempo del nuovo banco dipende da consolidamento, drenaggio, controllo dell’erosione e capacità di sostenere la vegetazione, tutti aspetti che richiedono modellazione numerica dell’evoluzione del materiale. Gli strumenti di calcolo consentono di prevedere la risposta del suolo a maree, tempeste e variazioni stagionali, permettendo di verificare in fase di progetto la disposizione degli stagni, il tracciato dei sentieri e la selezione delle specie prima dell’esecuzione in scala reale.

L’approccio rispecchia la metodologia adottata per il tunnel stesso, dove la geometria degli elementi immersi, l’allineamento della traccia, il coordinamento delle operazioni marine e il monitoraggio a lungo termine della struttura sono gestiti attraverso modelli digitali che integrano dati tecnici, ambientali e logistici. La ricontestualizzazione del materiale di scavo nasce dalla stessa logica: l’intero flusso dei materiali entra nel problema di progettazione fin dalle fasi iniziali, invece di essere trattato come esubero da smaltire.

## Implicazioni per il settore

Il valore dell’esperienza di Rødbyhavn risiede nella dimostrazione che i movimenti di terra di un’infrastruttura possono essere progettati con una destinazione finale definita a priori. Quando il piano di gestione degli scavi incorpora un uso benefico del materiale fin dalla concezione dell’opera, il cantiere può produrre risultati che vanno oltre l’infrastruttura principale: in questo caso, un tratto di costa pubblico destinato a percorsi, acqua e processi ecologici lenti. Un principio che merita attenzione da parte di committenti e progettisti che affrontano opere con volumi di scavo significativi.

Su 39 anomalie segnalate dalla tomografia ultrasonica lungo i cavi di precompressione del viadotto Candigliano, le verifiche endoscopiche ne hanno confermate 17: 5 casi di assenza di iniezione e 12 di carenza. Le restanti 22 non corrispondevano a difetti effettivi. Il dato, presentato da Luca Ranedda del Laboratorio di Diagnostica Strutturale del Centro di Ricerca e Sperimentazione Stradale di ANAS al terzo convegno FABRE 2026, dedicato a ponti, viadotti e gallerie tra manutenzione, norme e rischi climatici, fotografa il margine di incertezza che ancora separa le indagini non distruttive dalle condizioni reali dei cavi. Da qui il valore della campagna sperimentale condotta sull’opera marchigiana: confrontare procedure di rilievo diverse e misurarne l’affidabilità su un caso reale.

Un viadotto destinato alla demolizione diventa campo sperimentale

La valutazione dello stato di conservazione di un’infrastruttura in calcestruzzo armato precompresso passa dalla conoscenza puntuale dei cavi: la loro posizione e configurazione condizionano la caratterizzazione dell’opera e la pianificazione di indagini, monitoraggio e verifiche di sicurezza. Proprio su questo terreno si è concentrata l’attività svolta tra gennaio e marzo 2024 sul viadotto Candigliano, lungo la strada statale Flaminia e gestito da ANAS.

La prospettiva di demolizione e ricostruzione del manufatto ha trasformato l’infrastruttura in un laboratorio a cielo aperto. Alle indagini diagnostiche preliminari sono seguite sperimentazioni sul danneggiamento indotto mediante taglio di trefoli e cavi di precompressione, affiancate da un sistema di monitoraggio geometrico, topografico ed estensimetrico e da prove dinamiche. In questo quadro, ricostruire l’effettiva disposizione dei tendini non era un esercizio cartografico ma il presupposto operativo di tutto il programma successivo.

Georadar, due strategie di acquisizione a confronto

La prima fase ha riguardato l’individuazione di posizione e numero dei cavi con il georadar, replicata con due procedure alternative: scansioni lineari e scansioni areali. Il confronto ha preso in esame la qualità delle informazioni restituite, ma anche i tempi di esecuzione, la produttività complessiva e la preparazione richiesta agli operatori.

Con le line scan il rilievo procede lungo l’anima delle travi a intervalli prestabiliti. Sugli elementi a cassone del Candigliano la distanza tra sezioni scansionate è rimasta indicativamente tra 75 centimetri e 1,5 metri, un passo calibrato per intercettare sia le armature ordinarie sia i cavi collocati a maggiore profondità. Il vantaggio è la rapidità: acquisendo sezioni distanziate si riducono il numero delle misure e i tempi sul campo. Il costo si paga in interpretazione. I radargrammi richiedono lettori esperti, capaci di separare le risposte delle armature ordinarie da quelle dei tendini e di verificare la compatibilità delle indicazioni strumentali con gli schemi costruttivi disponibili. Trattandosi di sezioni discrete, l’andamento complessivo dei cavi emerge dalla correlazione delle singole misure, che può rendere necessarie conferme endoscopiche puntuali nelle posizioni individuate.

Le area scan rovesciano i termini. Si lavora su una superficie estesa con acquisizioni orizzontali e verticali: più impegno in fase di rilievo e un numero di misure sensibilmente superiore, in cambio di una restituzione completa dell’andamento dei cavi sull’intera superficie indagata. Nel caso studio, le elaborazioni hanno permesso di visualizzare la configurazione degli elementi interni anche tramite sezioni a profondità comprese tra 8 e 25 centimetri, e la rappresentazione tridimensionale ha reso immediata la distinzione tra armatura ordinaria e precompressione, riducendo le incertezze sulla geometria. Cambia anche il profilo dell’operatore: l’immediatezza del prodotto finale limita il fabbisogno di interpretazione durante l’acquisizione, restando ferma la necessità di una valutazione specialistica dei risultati.

Produttività reale e ruolo della documentazione disponibile

Sul piano dei tempi l’esito è stato poco scontato. Le scansioni lineari vincono sull’acquisizione, ma parte del vantaggio si dissolve includendo le attività a valle: lettura dei radargrammi, correlazione, verifiche di attendibilità. Le areali chiedono più ore sul campo e meno dopo, perché la disposizione dei cavi è già nella restituzione. Alla prova dei fatti la produttività complessiva delle due strade è risultata sostanzialmente equivalente, con una diversa ripartizione tra acquisizione, interpretazione e verifica.

La variabile decisiva è un’altra: quanto si conosce già dell’opera. Dove esistono disegni di progetto e informazioni sulla disposizione originaria dei cavi, le line scan consentono di verificare in sito la corrispondenza tra documentazione e configurazione effettiva. In assenza di documenti o con riferimenti lacunosi, scenario frequente nel patrimonio infrastrutturale esistente, le area scan permettono di acquisire un quadro esteso della struttura e di ricostruire in dettaglio la disposizione degli elementi di precompressione.

Tomografia ultrasonica per lo stato delle guaine

Localizzati i cavi, la seconda fase è passata alla ricerca di anomalie all’interno delle guaine con la tomografia ultrasonica. La tecnica si basa sull’emissione e ricezione di onde ultrasoniche e sull’analisi delle riflessioni generate dalle discontinuità nei materiali. Rispetto al georadar, che impiega onde elettromagnetiche, qui si propagano onde meccaniche con modalità di interazione differenti: la complementarità è strutturale, con il georadar dedicato a localizzazione e geometria e la tomografia orientata a segnalare discontinuità lungo lo sviluppo dei tendini.

Lo strumento utilizzato dispone di 24 sonde bimodali, che operano sia come emittenti sia come ricevitori del segnale. Le acquisizioni sono state eseguite lungo i percorsi già individuati, a passi di circa 10 centimetri, con il tomografo in contatto diretto con la superficie del calcestruzzo e i dati registrati automaticamente tramite un dispositivo di visualizzazione. L’analisi ha interessato due cavi, identificati come cavo 2 e cavo 3, lungo i quali il segnale riflesso ha mostrato diverse anomalie.

Endoscopia di verifica: 39 anomalie, 22 senza difetti reali

Il passaggio decisivo è stato il confronto tra le segnalazioni tomografiche e le condizioni riscontrate con controlli diretti. Per selezionare le zone da approfondire, i ricercatori hanno assunto come criterio la presenza dell’anomalia in almeno due sezioni consecutive di scansione: ne sono derivate 39 aree di controllo, verificate mediante indagini endoscopiche puntuali.

L’esito misura il divario tra segnale e realtà. Le verifiche hanno confermato 5 casi di assenza di iniezione e 12 di carenza, mentre 22 anomalie non corrispondevano a difetti effettivi. Una divergenza significativa che indirizza la ricerca su due direttrici: software di interpretazione dei segnali ultrasonici più maturi e integrazione sistematica tra indagini non distruttive e verifiche dirette, senza la quale la valutazione dello stato dei cavi resta esposta a falsi positivi. Per chi gestisce opere esistenti con documentazione diseguale, il Candigliano offre un riferimento concreto su come combinare georadar, tomografia ed endoscopia nella ricostruzione dello stato reale dei tendini.