Tenere sott'occhio gli effetti del traffico merci pesante: Monitoraggio a lungo termine su un ponte autostradale

L'aumento del traffico merci pesante è una continua prova di resistenza per i circa 38.000 ponti delle autostrade e strade di grande percorrenza in Germania. Al fine di indagare questi effetti, l'Istituto Federale Ricerca Autostrade (BASt) commissionò allo Institut für Massivbau (Istituto di Costruzioni di Cemento) dell'Università  Leibniz di Hannover delle misurazioni strutturali sulle travi scatolate di cemento armato precompresso di un ponte. Per un intero anno venne impiegata la tecnologia di misura della HBM per misurare temperature, deformazioni e frecce nelle varie situazioni di traffico.

Progetto di ricerca dell'Università Leibniz di Hannover

Al fine di indagare gli effetti del flusso di traffico pesante di merci sulle strutture portanti di un ponte a travi scatolate di cemento armato precompresso, l'Istituto Federale Ricerca Autostrade (BASt) commissionò allo Institut für Massivbau (Istituto di Costruzioni di Cemento) dell'Università  Leibniz di Hannover delle misurazioni strutturali sulle travi scatolate di un ponte sull'autostrada A8. La A8 corre in tre segmenti dal Lussemburgo al confine dell'Austria vicino a Salisburgo, ed è uno dei collegamenti principali Ovest-Est del sud della Germania.

È necessario rispondere alle seguenti domande:

  • Quale effetto ha l'incremento totale del traffico pesante delle merci?
  • Quali conclusioni si possono trarre dalla determinazione della composizione del traffico attuale sulle valutazioni dei carichi standard?
  • Occorrono delle raccomandazioni per l'aggiornamento degli standard?

Impostazione della prova

Le misurazioni furono eseguite su tre sezioni trasversali di misura ove furono registrati i componenti, le temperature interne ed esterne dell'aria, le deformazioni del calcestruzzo e le relative frecce. La deformazione delle traverse e la freccia della corrispondente lamella fra le traverse, fu registrata in due punti dei giunti della carreggiata (RJ). Inoltre, furono registrati la freccia ed il movimento degli appoggi.

Sulle esistenti pareti laterali antirumore furono montate delle barriere a luce laser per rilevare e determinare la velocità dei veicoli merci pesanti. Ciò fornì i valori di misura addizionali con cui determinare la posizione dei veicoli pesanti sulle corsie del ponte.

Lunga distanza fra sensore ed amplificatore

In totale, il sistema di misura comprende 96 canali di misura. Lungo la struttura, c'erano grandi distanze fra i sensori e gli amplificatori. Per riunire i vari punti di misura fu impiegato il sistema CANbus. Qui furono usati quattro moduli CANHEAD con amplificatori a frequenza portante CD 1010.

I canali di misura furono assemblati con varie schede di connessione nel sistema di amplificatori MGCplus. Nell'MGCplus furono combinati moduli CC, moduli FP e collegamenti per termoresistenze Pt100. Oltre all'MGCplus, furono connessi due amplificatori Spider8 in cascata, collegati alla porta parallela del calcolatore di misura. Questi effettuavano le misurazioni delle frecce e dei movimenti dei corpi degli appoggi. L'acquisizione dei dati di misura fu implementata con il software catman®.

Sistema flessibile

L'ingegnere incaricato Jan Peter Liebig dello Institut für Massivbau (Istituto di Costruzioni) dell'Università Leibniz di Hannover sulla scelta della tecnologia di misura:

"La decisione di usare l'MGCplus fu basata suk numero di canali di misura richiesto. Inoltre, fin dall'inizio il sistema MGCplus consente, usando i moduli CANHEAD, di riunire numerosi canali di misura e di trasmetterne i dati a grandi distanze. Pertanto, dato il flessibile impiego delle schede da inserire, questo sistema di misura permette di riunire in un sistema di amplificatori i vari segnali dei sensori. La combinazione di MGCplus e Spider8 fu vista come la più pratica perché il software catman® ci dava la possibilità di combinare vari tipi di amplificatori."

Monitoraggio in linea delle misurazioni via GSM

Il periodo di indagine fu fissato ad un anno. Non essendo l'oggetto di misura nelle vicinanze dell'Università Leibniz di Hannover, era necessario monitorare le misurazioni a distanza e, se necessario, anche di controllarle. A tal scopo furono integrati due moduli GSM nel sistema di misura. Un modulo venne qui usato per il controllo indipendente della tensione di esercizio per il calcolatore di misura e per gli amplificatori, l'altro per il monitoraggio in linea delle misurazioni.

1,4 GB di dati di misura al giorno

I segnali dei sensori di misura furono registrati in tre gruppi di classi di misura. È richiesta una frequenza di misura minima di 1200 Hz per l'attuazione a breve termine della RJ. Le deformazioni e le frecce furono registrate a 50 Hz, le temperature ad 1 Hz. I dati di misura, con una profondità di canale di circa 100 milioni di valori misurati, si aggirano su 1,4 GB al giorno, rendendo così necessario il regolare monitoraggio del sistema.

Requisiti di una prova a lungo termine

Il periodo di misurazione di un anno comportò elevati requisiti per l'apparecchiatura e per la configurazione dei sensori di misura. Fu quindi dato grande valore alla protezione dell'apparecchiatura di misura contro le influenze meteorologiche. I sensori sullo RJ devono essere protetti dalla penetrazione dell'acqua e del sale antighiaccio, in particolare nelle zone in cui lo RJ era diventato permeabile nel corso del tempo di attività della struttura. Era stato necessario mettere a nudo due punti del tondino di acciaio per misurare la deformazione di precompressione dell'acciaio. Completata l'installazione, questi punti di misura furono nuovamente sigillati.

Taratura del sistema di misura

Dopo il completamento di tutti i lavori di installazione e dopo che tutte le procedure giravano perfettamente, fu tarato il sistema di misura sul ponte. A tal fine il ponte venne percorso da varie combinazioni di veicoli merci pesanti, con differenti pesi totali e differenti velocità. Le misurazioni effettuate durante il programma di taratura furono utilizzate per trarre conclusioni sulle sollecitazioni provocate dal traffico continuo. Durante il programma di taratura venne fornito il supporto della Daimler AG sotto forma di un autocarro a pianale basso da 25 t, un articolato da 40 t ed una combinazione di veicoli commerciali pesanti da 60 t. Durante la taratura il ponte fu chiuso al traffico normale in modo da poter effettuare comodamente numerose corse di misura.

Più informazioni sul CANHEAD® della HBM

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