Caratterizzazione dinamica con Analisi Modale Operativa (OMA)

La metodologia nota come OMA- Operational Modal Analysis o "Analisi modale operativa" consente di determinare le caratteristiche modali (caratterizzazione dinamica) di una struttura nelle sue condizioni di operatività. Questa tipologia di indagine dinamica trova ormai applicazione non solo nei casi in cui risulti impegnativo ed economicamente oneroso eccitare dinamicamente strutture massive, quali ponti ed edifici, con i mezzi tradizionali dell’analisi modale classica, ma praticamente in tutti i casi tipici dell’ingegneria civile. L'approccio è detto "Output only" in quanto ad essere analizzata e misurata è la sola risposta della struttura senza che su di essa vengano generate forzanti di natura e andamenti noti come accade per l'analisi modale classica. L'eccitazione è dunque di tipo casuale legata ad esempio al rumore di fondo di tipo vibrazionale nel quale la struttura stessa è immersa a causa della sua collocazione rispetto a sorgenti artificiali e/o naturali di vibrazione (traffico, impianti industriali, vento, microtremore sismico, etc.). Anche se la sorgente d’eccitazione non viene misurata si conoscono a priori alcune sue caratteristiche spettrali (nel dominio delle frequenze), che derivano dalla sua natura stocastica, (rumore bianco) la cui proprietà è quella di avere uno spettro in frequenza costante. È quindi sufficiente disporre dei soli dati relativi alla risposta della struttura da cui, con opportuni algoritmi di estrazione modale è possibile determinarne le caratteristiche dinamiche. I principali vantaggi dell’analisi modale operativa sono, in estrema sintesi: velocità ed economia nell’esecuzione dei test sperimentali, caratterizzazione dinamica della struttura o di sue parti nelle condizioni maggiormente simili a quelle di reale funzionamento, possibilità di individuare forme modali ravvicinate tra loro o ripetute, possibilità d’utilizzo per il monitoraggio strutturale e per la localizzazione del danno. Probabilmente la più popolare applicazione dell’analisi dinamica modale, nel campo dell’ingegneria civile, consiste nel confronto tra le predizioni teoriche riguardo al comportamento dinamico della struttura e quello effettivamente osservato in pratica. Ci si riferisce a questo processo con il termine di validazione di un modello teorico o, più brevemente, collaudo dinamico. Ovviamente un confronto tra misure sperimentali e risultati numerici vale anche nel caso di strutture esistenti e riveste un ruolo altrettanto fondamentale in virtù delle incertezze legate alla conoscenza geometrico meccanica della struttura e alle ipotesi secondo cui si esegue la modellazione numerica. Un confronto con i parametri modali determinati sperimentalmente risulta in tal caso fondamentale, per settare ed aggiornare i parametri di input del modello numerico in modo che questo rappresenti, il più fedelmente possibile, il reale comportamento della struttura esistente. Da anni la ESSEBI esegue indagini sperimentali sul campo, seguendo la metodologia OMA, su ponti, viadotti, torri piezometriche, cavalcavia. Per l’implementazione dell’analisi dinamica operativa la ESSEBI utilizza software Siemens Simcenter Testlab, munito dell’algoritmo Polymax, probabilmente il più potente attualmente disponibile su mercato per l’estrazione delle forme modali;  accelerometri piezoelettrici monoassiali ICP, modello PCB 393B12 (sensibilità 10 V/g; range ±0,5 g; risoluzione 0.000008 g rms, frequenza minima misurabile pari a 0.05 Hz ± 3 dB). I sistemi di acquisizione, entrambe a 8 canali, sono lo Scadas Mobile SCR01 della LMS e il Sirius di Dewesoft, entrambi con gamma dinamica molto ampia.