Gemello digitale di un ponte in muratura mediante analisi modale operazionale e algoritmi genetici

Il monitoraggio strutturale è un processo che, nell’ambito ingegneristico, mira a identificare la nascita e/o l’evoluzione del danno nelle strutture. Il paradigma prevede l’installazione di sensori sulla struttura, per monitorarne nel tempo alcuni parametri, e l’utilizzo di modelli strutturali e algoritmi che a partire dai dati misurati siano in grado di rilevarne eventuali danni. In seno al monitoraggio strutturale vive il problema di identificazione strutturale, cioè l’insieme di strategie analitiche e sperimentali atte a calibrare i modelli strutturali, quindi a generare dei gemelli digitali delle strutture. Queste strategie si basano sull'estrazione di caratteristiche dai dati misurati, con tecniche di identificazione quali la Analisi Modale Sperimentale (EMA) e l’Analisi Modale Operazionale (OMA), e di schemi di ottimizzazione euristici che operano allo scopo di “aggiornare” i modelli strutturali. La tesi si è focalizzata sulla generazione di un gemello digitale, ai fini del monitoraggio strutturale, di un ponte ferroviario multi-campata in muratura, sulla linea ferroviaria Foggia-Napoli. Attraverso l’analisi statica e dinamica, condotte su due modelli a elementi finiti (FEM) realizzati con i software Abaqus e SAP2000, è stato possibile calcolare dati quali le frequenze naturali e le deformate modali (caratteristiche del ponte iniziale). Si è poi proceduto a definire possibili scenari di danno variando la rigidezza di alcune parti/porzioni del ponte, utilizzati poi per estrarre i dati dei ponti danneggiati (caratteristiche del ponte danneggiato). Attraverso uno schema agli algoritmi genetici, il modello iniziale è stato aggiornato generando il gemello digitale del ponte danneggiato. L’algoritmo genetico implementato sul software Matlab prevede un processo iterativo volto a minimizzare una funzione obiettivo basata sulla differenza tra le frequenze del ponte iniziale e quelle del ponte danneggiato, al variale di alcuni parametri fisici del modello.