Progetto di ponti in duttilità

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Filosofia progettuale, requisiti fondamentali, e comportamento strutturale

La filosofia progettuale delle moderne normative antisismiche si basa sul requisito generale che la comunicazione viaria in situazioni di emergenza debba essere mantenuta, con affidabilità appropriata, dopo l’evento sismico di progetto, caratterizzato da un periodo medio di ritorno commisurato all’importanza dell’opera. Tale periodo di ritorno, nell’evento sismico di progetto, è riferito a strutture di importanza media; tuttavia i ponti devono essere dotati di un livello di protezione antisismica differenziato in funzione della loro importanza e del loro uso, e, quindi, delle conseguenze più o meno gravi di un loro danneggiamento per effetto di un evento sismico. A tale scopo si istituiscono diverse “categorie di importanza”, a ciascuna delle quali è associato un fattore di importanza. Tale fattore amplifica l’intensità della azione sismica di progetto e si applica in eguale misura all’azione sismica da adottare per lo stato limite ultimo e per lo stato limite di danno variando conseguentemente le probabilità di occorrenza dei relativi eventi.

Con riferimento alla probabilità che si verifichi un evento sismico durante la vita di progetto di un ponte, si definiscono i due seguenti requisiti fondamentali (stati limite):

– Requisito di non-collasso (stato limite ultimo): a seguito di un evento sismico di forte intensità, caratterizzato da un periodo medio di ritorno commisurato all’importanza dell’opera, ma non inferiore a 475 anni, i danni strutturali subiti dal ponte sono tali da non comprometterne la transitabilità, e da consentire una capacità ridotta di traffico sufficiente per le operazioni di soccorso post-sisma. Tale requisito implica che:

o L’impalcato sia protetto sia dalla formazione di cerniere plastiche che dalla perdita d’appoggio (verifica degli spostamenti relativi ed assoluti)

o La formazione di cerniere plastiche, necessarie per riduzione delle azioni sismiche e per la dissipazione di energia, sia consentito nel maggior numero possibile di pile

o Il comportamento inelastico dissipativi deve essere di tipo flessionale

– Requisito di minimizzazione del danno (stato limite di danno): a seguito di eventi sismici caratterizzati da un periodo medio di ritorno commisurato alla importanza dell’opera, ma non inferiore a 72 anni e che hanno, quindi, una significativa probabilità di verificarsi più di una volta nel corso della durata utile dell’opera, i danni strutturali sono di entità trascurabile, tali da non richiedere alcuna riduzione del traffico né interventi urgenti di ripristino.

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Al fine di soddisfare i requisiti fondamentali, vengono definiti dei criteri dipendenti dal comportamento che si intende far sviluppare alla struttura sotto l’azione sismica di progetto il quale è di tipo duttile. Esso è particolarmente indicato nelle zone a medio od elevato grado di sismicità sia per ragioni economiche che di sicurezza e viene realizzato rendendo possibile l’attivazione di una configurazione prescelta di cerniere plastiche a flessione limitatamente alle pile oppure usando dispositivi di isolamento. Va notato che, essendo tali criteri esplicitamente mirati a soddisfare il requisito di non-collasso, si può ritenere che essi implicitamente rispondano anche al requisito di minimizzazione del danno.

Un ottimale comportamento duttile richiede la formazione di cerniere plastiche nel numero maggiore possibile di pile in modo che la struttura possa dissipare gran parte dell’energia introdotta dal sisma.

L’approccio normativo è di fatto basato sull’assunzione del fattore di struttura q, come una ragionevole approssimazione della duttilità globale di progetto in termini di spostamento. Una volta fissato il livello di duttilità attraverso il fattore di struttura, è possibile determinare, direttamente dall’analisi, le sollecitazioni di progetto ed inoltre mettere in atto tutti i provvedimenti necessari ad assicurare un adeguato livello di duttilità locale nelle zone di cerniera plastica. La normativa vincola comunque il progettista a rispettare determinati criteri nella scelta del fattore di struttura. La rigidezza degli elementi in cemento armato deve essere valutata tenendo conto dell’effettivo stato di fessurazione degli elementi, che in generale è diverso per l’impalcato (spesso interamente reagente) e per le pile.

Al fine di ottenere una struttura che abbia il comportamento ultimo e la configurazione di cerniere plastiche prescelti, evitando meccanismi di collasso di tipo fragile, deve essere garantito un progetto secondo le resistenze per tutte quelle parti della struttura che durante il sisma devono rimanere in campo elastico (spalle, impalcato, appoggi, fondazioni) e per i meccanismi di tipo fragile (resistenza a taglio di tutti gli elementi). In questo caso, le azioni di progetto da utilizzare derivano direttamente da condizioni di equilibrio sul meccanismo plastico che si intende far sviluppare alla struttura, in cui tutte le cerniere plastiche flessionali hanno sviluppato un frattile superiore della loro resistenza flessionale, la cui espressione è di seguito indicata:

dove γ0 è detto fattore di sovraresistenza e MRd,i rappresenta la resistenza flessionale della pila i-esima. Il criterio sopra esposto prende il nome di criterio della gerarchia delle resistenze.

 

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