Valutazione di vulnerabilità sismica di un ponte esistente: applicazione numerica

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Spalle e pile

Per quanto riguarda le spalle (elevazioni e fondazioni) gli elementi più vulnerabili all’azione sismica sono i plinti e i pali di fondazione.

Per quanto riguarda le pile (elevazioni e fondazioni) gli elementi più vulnerabili all’azione sismica sono il fusto della pila, i plinti e i pali di fondazione.

Per quanto riguarda il fusto della pila in particolare, la rottura per flessione viene considerata dalla norma una rottura di tipo duttile con possibilità di formazione di una cerniera plastica alla base. Pertanto occorre determinare, utilizzando le relazioni proposte dalla norma, gli spostamenti in testa pila che comportano livelli di danneggiamento via via crescenti, nel dettaglio il danno limitato, il danno severo e il collasso.

Nei capitoli successivi verranno esaminati i principali meccanismi che comportano danno limitato, danno severo o collasso di tali elementi delle spalle e delle pile oggetto di studio, al fine di determinare, per ciascun meccanismo, il picco di accelerazione al suolo (PGA) che comporta l’innesco di ciascun meccanismo.

In riferimento alla norma NTC 2008, si considerano i seguenti meccanismi di collasso per la spalla e la pila. Tali meccanismi di collasso sono di tipo geotecnico (GEO) e collasso di tipo strutturale (STRU):

  • collasso per carico limite della portanza del palo di fondazione (GEO);
  • raggiungimento della resistenza dei materiali strutturali (STRU);
  • raggiungimento degli spostamenti limite in testa pila per danno di tipo flessionale (STRU).

Appoggi

Sono previsti appoggi in neoprene tipo Neo-Arm sotto ciascuna delle 7 travi, cosi come indicato nella relazione di progetto dell’impalcato. Tali appoggi hanno una sezione di 300x400mmq ed un’altezza complessiva di 25mm, per una altezza complessiva degli strati di gomma di 20mm.

Si considera il seguente meccanismo di collasso:

· Rottura dell’appoggio che si ottiene per un raggiungimento della deformazione angolare a taglio limite pari a &gamma=1 (STRU);

Perdita d’appoggio dell’impalcato

Le travi dell’impalcato sono, come già detto, appoggiate su appoggi in neoprene. Tali appoggi non sono ancorati alla trave, com’era d’uso fare all’epoca di costruzione del manufatto, pertanto una volta superata la soglia di resistenza ai carichi laterali, tali appoggi diventano appoggi ad attrito e permettono uno scorrimento relativo impalcato-appoggio.

Si considera il seguente meccanismo di collasso:

· Perdita d’appoggio dell’implacato per raggiungimento di uno spostamento relativo trave-appoggio limite che, nel caso specifico, è stato assunto pari a metà della differenza di spessore tra il base inferiore della trave e dell’appoggio. In pratica si considera il raggiungimento di questo meccanismo di collasso quanto la trave è nella situazione limite di appoggio sul cuscinetto in neoprene (vedi figura sotto);

Perdita d’appoggio dell’impalcato

Chiusura del giunto longitudinale

La campagna di indagini in sito ha rilevato un giunto medio tra due impalcati adiacenti di circa 30mm. La chiusura del giunto, per effetto dello spostamento differenziale longitudinale tra 2 impalcati adiacenti in caso di sisma, comporta l’innesco del martellamento. La chiusura del giunto con innesco del martellamento viene classificato in questo studio come un meccanismo che provoca danni limitati. Uno studio più approfondito che indaghi il livello delle forze di martellamento al crescere dell’intensità sismica consente di fissare anche un limite che comporta collassi strutturali a livello delle 2 solette a contatto.

Rottura degli appoggi, perdita d’appoggio dell’impalcato
e martellamento

Azione sismica

In tal caso per la determinazione dell’accelerazione al suolo PGA che comporta il raggiungimento dei diversi meccanismi di collasso, debbono essere condotte delle analisi dinamiche al passo non lineari (NLDA) visto che il comportamento ad attrito degli appoggi e fortemente non lineare.

Pertanto l’azione sismica in tale situazione viene rappresentata da 7 sismi (numero minimo con il quale la norma permette di considerare la media dei risultati ottenuti dalle diverse analisi, per effettuare le verifiche), ognuno dei quali è descritto da una coppia di accelerogrammi spettrocompatibili (si trascura la componente verticale perché in relazione agli obiettivi delle analisi non produce effetti significativi). Gli accelerogrammi utilizzati in questo studio sono sintetici e vengono generati con il programma SIMQKE. Sono segnali caratterizzati da una durata complessiva di 25sec, una durata della parte stazionaria di 10sec e una frequenza di campionamento di 100Hz. Tutti i segnali sono spettrocompatibili con lo spettro di risposta elastico relativo allo stato limite di collasso SLCO.

Di seguito si riportano gli accelerogrammi usati nelle analisi.

Sisma 1: Accelerogramma dir. x long

Sisma 2: Accelerogramma dir. x long

Sisma 3: Accelerogramma dir. x long

Sisma 4: Accelerogramma dir. x long

Sisma 5: Accelerogramma dir. x long

Sisma 6: Accelerogramma dir. x long

Sisma 7: Accelerogramma dir. x long

Sisma 1: Accelerogramma dir. y trasv

Sisma 2: Accelerogramma dir. y trasv

Sisma 3: Accelerogramma dir. y trasv

Sisma 4: Accelerogramma dir. y trasv

Sisma 5: Accelerogramma dir. y trasv

Sisma 6: Accelerogramma dir. y trasv

Sisma 7: Accelerogramma dir. y trasv

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5 thoughts on “Valutazione di vulnerabilità sismica di un ponte esistente: applicazione numerica

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