Le prove di vibrazione, sviluppatesi prevalentemente nell’ambito dell’ingegneria meccanica ed aeronautica, si sono diffuse rapidamente in svariati settori dell’ingegneria, essendosi dimostrate strumento molto efficace per migliorare l’affidabilità di ciò che si andrà a realizzare.

Nel presente lavoro si presenta la realizzazione e la calibrazione di un sistema di forzamento armonico per applicazioni nel campo strutturale.  

Nelle applicazioni dell’ingegneria civile, le prove dinamiche possono essere previste in fase di costruzione come ausilio teorico e tecnico alla progettazione, oppure a costruzione avvenuta, come verifica della corretta esecuzione e/o corrispondenza alle caratteristiche di progetto. 

In particolare, il D.M. 14/01/2008, oltre alle prove statiche consente al collaudatore, in funzione dell’importanza dell’opera, di integrare il collaudo con prove dinamiche. Nel caso di caratterizzazione dinamica di grandi strutture, le modalità di prova più usuali, consistono nell’applicare all’opera, attraverso vibrodine meccaniche, una serie di forzanti sinusoidali di frequenza variabile e successivamente registrarne la risposta strutturale.

Nello studio sviluppato, il sistema generatore di forzanti armoniche è stato sottoposto a prove di laboratorio al fine di valutare l’intensità delle forzanti generate ed il loro scostamento dal modello  teorico di funzioni sinusoidali. 

La macchina, di dimensioni e massa consistenti (2.12 x 1.12 x 1.12 m; 0.860 ton), è stata posizionata in laboratorio su guide lineari mediante carrelli dotati di cuscinetti a basso coefficiente d’attrito. Facendo ruotare le masse eccentriche con differenti frequenze, sono stati misurati, mediante accelerometri, le accelerazioni, le velocità e gli spostamenti del sistema cui la vibrodina è stata resa solidale. Con tali dati è stato possibile calcolare l’intensità e la legge di variazione delle forzanti generate.

La vibrodina oggetto di sperimentazione, per le sue notevoli dimensioni, ha il pregio di fornire azioni che producono effetti significativi anche a basse frequenze così da consentire di superare un limite intrinseco per tali macchine che generalmente si manifesta quando vengono utilizzate su strutture con elevati periodi propri di vibrazione, come accade per le strutture isolate alla base.  

In parallelo alla sperimentazione sono state condotte diverse analisi di risposta in frequenza su semplici modelli al fine di valutare gli scostamenti dai risultati teorici (in forma chiusa) ottenuti con diversi codici di calcolo. L’obiettivo è stato quello di valutare l’affidabilità dei codici di calcolo per questo tipo di analisi in modo da poter effettuare adeguate analisi numeriche su strutture esistenti sottoposte ad indagini sperimentali mediante la vibrodina in esame.   

Dal confronto dei dati teorici con quelli sperimentali è emerso che il sistema di taratura è affidabile per la misurazione delle azioni trasmesse dalla vibrodina. Inoltre, la distribuzione delle masse sulla vibrodina non altera la risposta rispetto a quella ottenibile teoricamente con modelli a masse concentrate; la massa della vibrodina consente di effettuare sperimentazioni su svariate tipologie strutturali ed infine i codici di calcolo utilizzati hanno fornito risultati sovrapponibili con quelli attesi.