La Progettazione dei Ponti...

La Progettazione dei Ponti

Ferroviari:

Azioni e criteri di progettazione

Pisa Settembre 2018

U.O. AREA GESTIONE COMMESSE

CENTRO - SUD GRANDI APPALTI

Luigi Evangelista



2

Indice degli argomenti

Cable Stayed Bridge (S. Calatrava)

La progettazione dei ponti ferroviari:

Il contesto normativo

Azioni caratteristiche

Criteri di Verifica (cenni);

Prescrizioni progettuali.

Un esempio applicativo



3

European standards for structural design:

• EN 1990 Eurocode: Basis of Structural Design

• EN 1991 Eurocode 1: Actions on structures

• EN 1992 Eurocode 2: Design of concrete structures

• EN 1993 Eurocode 3: Design of steel structures

• EN 1994 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete

structures

• EN 1995 Eurocode 5: Design of timber structures

• EN 1996 Eurocode 6: Design of masonry structures

• EN 1997 Eurocode 7: Geotechnical design

• EN 1998 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance

• EN 1999 Eurocode 9: Design of aluminium structures

NORMATIVA TECNICA EUROPEA



4

QUADRO NORMATIVO SETTORE PONTI

CAPITOLATO GENERALE TECNICO DI APPALTO DELLE

OPERE CIVILI

PARTE II - SEZIONE 12

PONTI, VIADOTTI, SOTTOVIA E CAVALCAVIA

MANUALE DI PROGETTAZIONE DELLE

OPERE CIVILI

PARTE II - SEZIONE 2

PONTI E STRUTTURE

Normativa in vigore

Ultime edizioni dicembre 2017



5

NORMATIVA TECNICA- Manuale di Progettazione 2017



6

Il Manuale di Progettazione costituisce il riferimento per la progettazione

delle opere civili da realizzare per la Rete Ferroviaria Italiana, sia per le

nuove realizzazioni sia per gli interventi di manutenzione, rinnovo o

ristrutturazione di opere esistenti, fatto salvo, per queste ultime, quanto

indicato nelle singole sezioni.

Per le costruzioni iniziate nonché per quelle per le quali sono stati

affidati i lavori o avviate le progettazioni definitive o esecutive prima

dell’entrata in vigore del presente Manuale, si possono continuare ad

applicare le specifiche ferroviarie già utilizzate per la redazione dei

progetti, fino all’ultimazione dei lavori e al collaudo.


Parte Generale



7

La progettazione si dovrà articolare in modo da assicurare:

la qualità dell’opera e la rispondenza alle relative finalità;

il soddisfacimento dei requisiti essenziali, definiti dal quado

normativo nazionale e comunitario;

la conformità alle norme ambientali e urbanistiche in modo che il

progetto possa essere approvato dagli soggetti preposti;

le valutazione dei costi di investimento e dei tempi di

realizzazione, nonché le eventuali interferenze con l’esercizio

ferroviario.


Parte Generale



8


Parte Generale

La progettazione delle opere dovrà rispondere a criteri di:

sicurezza;

qualità;

affidabilità;

economicità;

manutenibilità;



9


Parte Generale

La progettazione dovrà essere conforme alle Specifiche Tecniche

d’Interoperabilità (STI). Al verificarsi di alcune condizioni specificate

nelle stesse STI e nella Direttiva CE/57/2008 e s.m.i., è possibile non

applicare uno o più requisiti delle STI; in questi casi:

è necessario chiedere deroga nei modi stabiliti dal D.Lgs. n.191/2010,

dandone tempestiva comunicazione alla S.O. di RFI competente sull’emissione

del Manuale, al fine di acquisirne la preventiva condivisione;

le disposizioni alternative a cui fare riferimento sono in primis le STI previgenti

e, qualora si ricada in una delle condizioni per le quali sia possibile non

applicare neanche queste, le disposizioni alternative a cui fare riferimento

coincidono con la normativa nazionale.

Le soluzioni progettuali dovranno essere conformi alle prescrizioni e

agli indirizzi forniti nel contesto del procedimento autorizzativo.



10

NORMATIVA TECNICA- Le Specifiche TecnicheEmesse a seguito del DM 2008



11

NORMATIVA TECNICA- “Ponti e Strutture”



12

NORME DI NUOVA EMISSIONE Tutte in data 21.12.2011

CODIFICA NORMA TITOLONORMA

SOSTITUITA

RFI DTC-INC-PO SP IFS 001 A

Specifica per la progettazione e l'esecuzione dei ponti ferroviari e di altre opere

minori sottobinario (annulla e sostituisce l'Istruzione FS "Sovraccarichi per il calcolo

dei ponti ferroviari. Istruzione per la progettazione, l'esecuzione e il collaudo" del

13.01.1997).

Istruzione Ponti e

ISTRUZIONE 44 B


Specifica per la progettazione e l'esecuzione di cavalcavia e passerelle pedonali sulla

sede ferroviaria. (Annulla e sostituisce l'Istruzione Tecnica FS 44/A del settembre

1971 e successive modifiche/integrazioni non raccolte in una specifica istruzione).

Istruzione 44 A

RFI DTC-INC-PO SP IFS 003 A Specifica per la verifica a fatica dei ponti ferroviari (Annulla e sostituisce l'Istruzione

Tecnica FS 44/F - verifiche a fatica dei ponti ferroviari metallici del 30.01.1992).Istruzione 44 F


Specifica per la progettazione e l'esecuzione di Impalcati ferroviari a travi in ferro a

doppio T incorporate nel calcestruzzo (Annulla e sostituisce l'Istruzione Tecnica FS

44/D - Istruzione Tecnica per la progettazione e l'esecuzione di impalcati ferroviari

a travi in ferro a doppio T incorporate nel calcestruzzo del 25.07.2000).

Istruzione 44 D


Specifica per il calcolo, l'esecuzione, il collaudo e la posa in opera dei dispositivi di

vincolo e dei coprigiunti negli impalcati ferroviari e nei cavalcavia (Annulla e

sostituisce l'istruzione FS 44/E - Istruzioni tecniche per il calcolo, l'esecuzione, il

collaudo e la posa in opera dei dispositivi di vincolo e dei coprigiunti negli impalcati

ferroviari e nei cavalcavia per il calcolo, l’esecuzione, il collaudo e la posa in opera dei

dispositivi di vincolo e dei coprigiunti degli impalcati ferroviari e dei cavalcavia del

14.03.2002).

Istruzione 44 E

RFI DTC-INC-CS SP IFS 001 A Specifica per la progettazione geotecnica delle opere civili ferroviarie. (documento di

prima emissione)

(documento di

prima emissione).

RFI DTC-INC-CS LG IFS 001 A Linee Guida per il collaudo statico delle opere in terra(documento di

prima emissione).

NORMATIVA TECNICA- Le istruzioni TecnicheEmesse a seguito del DM 2008 (Emissione per applicazione)



13

Le precedenti norme ponti

• Norma tecniche riguardanti le opere metalliche che

interessano le ferrovie pubbliche, emanate dalle Ferrovie dello

Stato e pubblicate sulla Gazzetta Ufficiale del regno n.128 del

31/5/1916.

• Nuovi sovraccarichi per il calcolo dei ponti in ferro, emessa

con circolare del 30/6/1925;

• Ponti in muratura Norme-disegni schematici-esempi del 1924

• Nuovi sovraccarichi per il calcolo dei ponti metallici, emessi

con circolare n.54 del 15/7/1945;

• Sovraccarichi per il calcolo dei ponti ferroviari. Istruzioni per la

progettazione, esecuzione e collaudo, emanati con Circolare

N.I/SC/PS/-OM/2298 del 2 giugno 1995 e aggiornamento

del 13 gennaio 1997.



14

La specifica è in linea con il D.M. 2008 «Nuove Norme Tecniche per

la costruzioni». Si stanno verificando gli effetti del D.M. 2018 ma

dovrebbero essere poco impattanti.

Le prescrizioni definite in questo documento non sono applicabili per

ferrovie a scartamento ridotto, tramvie o ferrovie leggere, ferrovie con

cremagliera, funicolari.

Le azioni relative al traffico ferroviario e le modalità di combinazione di

queste con le altre azioni sono in linea gli Eurocodici (EC) che sono

norme europee per la progettazione strutturale. In particolare: UNI EN

1990:2006 - Criteri generali di progettazione strutturale e UNI EN

1991-2:2005 Parte 2: Carichi da traffico sui ponti. Gli Eurocodici

sono norme coerenti con i principi del D.M. e sono riferimenti di

comprovata validità.

La sezione II “Ponti e strutture”



15

La norma italiana è in linea anche con le Specifiche Tecniche per

l’Interoperabilità (S.T.I.) per la rete ferroviaria Europea emanate in

applicazione della Direttiva 57/CE/2008 “Interoperabilità”.

A causa della complessità del settore ferroviario, per ciascun sottosistema(*)

si è reso necessario fissare nelle STI le specifiche funzionali e tecniche

che garantiscono il soddisfacimento dei requisiti essenziali.

Le STI specificano quindi le «condizioni da soddisfare per realizzare [...]l’interoperabilità» e devono essere considerate come una definizione del

«livello ottimale di armonizzazione tecnica» (articolo 1 della direttiva

Interoperabilità).

NORMATIVA TECNICA- Generalità

(*) Il sistema ferroviario si ritiene composto da sottosistemi di tipo strutturale –

Infrastruttura, Energia, CCS, Materiale Rotabile – e da sottosistemi di tipo

funzionale – Esercizio, Manutenzione - .



16


Con la Direttiva 57/CE/2008 “Interoperabilità” definisce:

Sicurezza

Affidabilità e disponibilità

• I requisiti essenziali per il sistema ferroviario: Salute

Protezione dell’ambiente

Compatibilità tecnica

• Le modalità per la messa in servizio di sottosistemi strutturali: “i sottosistemi

possono essere messi in servizio soltanto se progettati, costruiti e installati in

modo tale da soddisfare i pertinenti requisiti essenziali nel momento in cui sono

integrati nel sistema ferroviario”. Tali indicazioni si concretizzano nella

Procedura di Messa in Servizio (AMIS) che prevede sia la verifica di conformità

del sottosistema alle STI applicabili - effettuata da un Organismo Notificato -

sia la valutazione dell’integrazione in sicurezza della modifica apportata (intesa

come l’attivazione del sottosistema) ai sensi del Regolamento (UE) 402/2013.

• I sottosistemi e i veicoli a cui applicare le procedure di AMIS;

• Gli Organismi Notificati e Organismi Designati.



17

Nel seguito, ripercorreremo i punti salienti del quadro

normativo in termini di azioni elementari, di criteri di verifica

e ci soffermeremo sugli aspetti maggiormente significativi

sotto il profilo progettuale.


Elenco completo delle Specifiche Tecniche d’Interoperabilità



18

NORMATIVA TECNICA- La Vita Nominale VN

La vita nominale di una costruzione, così come definita al punto

2.4.1 del DM 14.1.2008, è intesa come il numero di anni nel

quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria,

deve essere usata per lo scopo al quale è destinata.



19

NORMATIVA TECNICA- La Classe d’uso Cu

Il DM 14.1.2008 attribuisce alle costruzioni, in funzione della loro

destinazione d’uso e quindi delle conseguenze di una interruzione di

operatività o di un eventuale collasso a causa di un evento sismico,

diverse classi d’uso. A ciascuna classe corrisponde un coefficiente

d’uso CU.



20

NORMATIVA TECNICA- La Classe d’uso Cu

La Circolare esplicativa del D.M. 14.1.2008 del 2.2.2009. Punto C2.4.2

CLASSI D’USO che recita:

Per le classi d’uso III e IV, definizioni più dettagliate sono contenute nel

Decreto del Capo Dipartimento della Protezione Civile n. 3685 del 21

ottobre 2003 con il quale sono stati definiti:

• gli edifici di interesse strategico e le opere infrastrutturali la cui

funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le

finalità di protezione civile (ELENCO A: Edifici ospitanti attività di

supervisione e controllo, sale operative,…… usate da RFI; Impianti

classificati com Grandi Stazioni) e (quindi compresi nella classe IV……): ,

• gli edifici e le opere che possono assumere rilevanza in relazione alle

conseguenze di un eventuale collasso (ELENCO B: Opere d’arte

appartenenti al sistema di grande viabilità stradale e ferroviaira…..) (e,

quindi, comprese nella classe III …….).



21

ALLEGATO 5 – ELENCO DELLE LINEE E DELLE TRATTE FERROVIARIE FACENTI PARTE DEL “SISTEMA DI GRANDE VIABILITÀ FERROVIARIA”

AI SENSI DELL’OPCM N.3274 DEL 2003

In base a quanto comunicato dall’AD di RFI al Capo del Dipartimento dellaProtezione Civile con nota prot. RFI-AD/A0011/P/2010/0001374 del 30/12/2010,costituiscono il sistema di grande viabilità ferroviaria, l’insieme delle linee e tratteindicate nelle tabelle seguenti e la rete ferroviaria AV/AC formata dalle seguentitratte: asse Torino-Milano-Venezia, tratta AV/AC Torino Milano, tratta Milano–Treviglio, tratta Padova–Venezia Mestre, asse Milano-Roma–Salerno, tratta AV/ACMilano Bologna, tratta AV/AC Bologna-Firenze, tratta AV/AC Roma Napoli, trattaAV/AC Napoli Salerno (Linea a Monte del Vesuvio). A tali tratte sono daaggiungere le 24 interconnessioni con la rete esistente che formano parteintegrante del sistema AV/AC.

NORMATIVA TECNICA- La grande viabilità ferroviaria

Per la definizione delle infrastrutture ferroviarie “strategiche” ai sensi

dell’Ordinanza OPCM n°3274 del 20/03/2003 si dovrà fare

riferimento all’elenco delle linee e delle tratte ferroviarie riportato

nell’allegato n.5 alla specifica tecnica Ponti.



22

Per la definizione

delle infrastrutture

ferroviarie

“strategiche” ai sensi

dell’Ordinanza OPCM

n°3274 del 20/03/2003

si dovrà fare

riferimento all’elenco

delle linee e delle

tratte ferroviarie

riportato nell’allegato

n.5 alla presente

specifica.

22




23


l’allegato 5 alle specifiche tecniche



24

Alcune precisazioni preliminari:

NORMATIVA TECNICA – Azioni da traffico

(1) Superficie di rotolamento

(2) Le forze longitudinali agiscono lungo la linea d’asse del binario



25

Qvk=250 kN 250 kN 250 kN 250 kN

qvk=80 kN qvk=80 kN

0.8illimitato illimitato1.6 1.6 1.6 0.8

Load Model 71 (LM 71)

LM 71 rappresenta il carico statico verticale

dei convogli ferroviari “normali”.


I valori delle azioni devono essere moltiplicati per un

coefficiente di adattamento a = 1.1



26

Valori del Coefficiente di adattamento a


MODELLO DI CARICO COEFFICIENTE

"a"

LM71 1.1

SW/0 1.1

SW/2 1.0

"a“ è variabile in ragione del modello di carico



27

a

qvk

b

qvk

a

qvk a b

[kN/m] [m] [m]

SW/0 133 15 5,3

SW/2 150 25 7

Modello

di carico

Load Model SW/0 e SW/2

Il Modello di carico SW/0 rappresenta il carico statico

dei convogli ferroviari “normali” per travi continue.

Il Modello di carico SW/2 rappresenta il carico statico

dei convogli ferroviari “pesanti”.


I valori delle azioni di SW/0 devono moltiplicarsi per a = 1.1



28

CONFRONTO FRA I DIVERSI MODELLI DI CARICO TEORICI


EQUIVALENTI FLETTENTI STATICI

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

L [m]

Eq

uiv

ale

nti

Fle

tten

ti [

kN

/m]

LM71·1.1

SW2·1.0

SW0·1.1

Treno A



29

Eccentricità dei carichi verticali

L’effetto dello spostamento laterale dei carichi verticali in cassa si

rappresenta considerando uno sbilanciamento fra gli scarichi delle

singole ruote di un asse, considerando un rapporto relativo di 1,25.

Nella figura:

(1) Carico distribuito e carico assiale su

ciascuna ruota o rotaia

(2) LM 71 (ovvero SW/0 quando richiesto)

(3) distanza trasversale fra le ruote

NORMATIVA TECNICA – Azioni: Distribuzione traversale

L’eccentricità risultante “e” è indicata in figura:



30

Distribuzione longitudinale attraverso rotaia e traverse

Un carico assiale appartenente al modello di carico teorico (LM71) o

a un convoglio reale, può considerarsi distribuito su tre traverse

successive nel modo indicato nella figura sottostante:

Nella figura:

Qvi

= Carico assiale dell’LM71 o del treno reale

“a” = distanza fra i punti di attacco della rotaia

NORMATIVA TECNICA – Azioni: distribuzione longitudinale



31

Distribuzione trasversale attraverso traversa e ballast

Su strutture con armamento su ballast e sopraelevazione “u”, le

azioni da traffico devono essere distribuite trasversalmente

dall’intradosso della traversa al piano di regolamento nel modo

indicato in figura

NORMATIVA TECNICA – Azioni: distribuzione trasversale



32

Le sollecitazioni e le deformazioni “statiche” indotte in un ponte

dall’azione dei carichi ferroviari sono incrementate e decrementate

sotto l’effetto dei carichi mobili a causa di :

– rapida variazione di carico dovuta alla velocità dei convogli ferroviari che

attraversano il ponte e alla conseguente risposta inerziale (impatto) della

struttura,

– Il passaggio sequenziale di carichi con interasse approssimativamente

uniforme rappresenta una sollecitazione dinamica che eccita la struttura e,

in particolari circostanze può ingenerare fenomeni di risonanza (quando la

frequenza di eccitazione (o un multiplo di essa) è prossima alla frequenza

propria della struttura (o a un multiplo di essa)), c’è la possibilità che le

vibrazioni causate dalla successione di assi viaggianti eccessive),

– variazioni di carico assiale determinato da imperfezioni della rotaia o del

veicolo (incluse le irregolarità del rodiggio)).

EFFETTI DINAMICI



33

Effetti Dinamici:

EFFETTI DINAMICI

Il “processo” per determinare se sia necessario o

meno effettuare una analisi dinamica a carichi

viaggianti è illustrato nel flow-chart qui a fianco:

Le sollecitazioni e le deformazioni

“statiche” prodotte in un ponte, sono

incrementate e decrementate dall’effetto

dei carichi viaggianti. Parallelamente

assumono rilevanza le associate

accelerazioni verticali indotte negli

impalcati dei ponti ferroviari)



34

Effetti Dinamici

:

EFFETTI DINAMICI (flow-chart 1/2)



35

Parameri dinamici per travi semplicemente appoggiate:

EFFETTI DINAMICI puntualizzazioni

2

p

m

GJ2

LnTT

TorsioneFlessione

GJp

= la rigidezza torsionale della

sezione trasversale,

m = la massa per unità di lunghezza

media del ponte

r = il raggio giratorio d’inerzia

0

17.75

On

Dove:

0

è la freccia statica [mm] a metà

campata dovuta a p = (peso proprio

e carichi permanenti portati )

Dove:

EJO

384

L p 5 4



36

EFFETTI DINAMICI (flow-chart 2/2)

Effetti Dinamici :



37

NORMATIVA TECNICA – Incrementi Dinamici

I coefficienti 2

e 3

tengono in conto delle amplificazioni dinamiche

delle tensioni e degli effetti di vibrazione nelle strutture associate al

transito dei modelli di carico ferroviari, mentre non tengono conto degli

effetti di risonanza. Gli incrementi dinamici che amplificano i carichi

statici dei modelli LM71 e SW0 e SW2 sono i seguenti:

Per ballast con elevato standard manutentivo:

82020

441

Φ

2 ,,L

,Φ

con 1,00

2 1,67

Per ballast con standard manutentivo ordinario (ipotesi di default):

73020

162

Φ

3 ,,L

,Φ

con 1,00

3 2,00

L= lunghezza caratteristica [m]

Coeff. di amplificazione dinamica per modelli LM71 e SW: (2, 3)



38


I coefficienti 2 e 3 tengono in conto delle amplificazioni dinamiche

delle tensioni e degli effetti di vibrazione nelle strutture associate al

transito dei modelli di carico ferroviari, mentre non tengono conto degli

effetti di risonanza. Gli incrementi dinamici che amplificano i carichi

statici dei modelli LM71 e SW0 e SW2 sono i seguenti:

Per ballast con elevato standard manutentivo:

82020

441

Φ

2 ,,L

,Φ

con 1,00 2 1,67

Per ballast con standard manutentivo ordinario (ipotesi di default):

73020

162

Φ

3 ,,L

,Φ

con 1,00 3 2,00L= lunghezza caratteristica [m]

Coeff. di amplificazione dinamica per modelli LM71 e SW: (2,

3)

Coefficiente di incremento dinamico per i treni teorici (LM71-SW0/2)

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Lf [m]

2

3



39

NORMATIVA TECNICA – Carichi dinamizzati

Coeff. di amplificazione dinamica per modelli LM71 e SW: (2,

3)

EQUIVALENTI FLETTENTI DINAMIZZATI

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

L [m]

Eq

uiv

aln

eti

fle

tten

ti d

ina

miz

za

ti [

kN

/m]

f3·MAX(M.L.S)

Tren.A · j

3*Max(LM71/

SW)

3* TR.-A



40


Modelli di “treni reali”

Ci sono diversi modelli di “ treni reali”, differenziati per le

diverse analisi previste: (per analisi dinamiche – all. 1.1; per

analisi a fatica – all. 1.2; per linee ad A.V./A.C. – all. 1.3).

Tutti questi modelli sono rappresentati da una sequenza di

assi viaggianti come quello qui rappresentato.



41

Per tener conto dell’amplificazione dinamica dei treni reali in funzione

della velocità v [km/h] si moltiplicano le azioni statiche per:

(1 + ) = (1 + ' + '') per binari con standard manutentivo ordinario

Dove:41

'KK

K

Dipende dalle caratteristiche dinamiche

del ponte (massa, smorzamento, frequenza propria) e

del veicolo (numero di assi, interasse, carico assiale)

22

20010 180

50e56100

LL

enLfa

Dipende dalla irregolarità del

binario e delle imperfezioni del

veicolo (rodiggi, sospensioni, etc.)

(1 + ) =(1 + ' + 0,5 '') per binari con elevato standard

manutentivo




42

02 nL

vK

Nelle quali : v = velocità del veicolo [m/s]

no = 1° frequenza propria flessionale [Hz]

a coefficiente legato alla velocità

41'

KK

K

Nelle formule precedenti:

22

20010 180

50e56100

LL

enLfa

Le grandezze espresse hanno le seguenti formulazioni:

Lf = lunghezza caratteristica [m]

22

va se smv /22

1a se smv /22

NORMATIVA TECNICA – Incrementi Dinamici (per treni reali)



43

1

2

3

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Lunghezza caratteristca [m]

Coefficienti incremento dinamico per treni reali V=300 km/h

1+'+''

1+'+1/2'')

NORMATIVA TECNICA – Incrementi Dinamici (per treni reali)



44

VERIFICHE DINAMICHE:

Si effettuano analisi dinamiche a carichi viaggianti (per ciascun modello di

“treno reale”) – secondo l’ALL. 2 della norma (ex ALL. B) - considerando

velocità variabili dalla minima V 20 Km/h (velocità quasi statica) alla

massima prevedibile per il ponte Vmax

=1,2*Vo

(ove Vo

è la massima velocità

di progetto della linea).

Si calcolano e graficizzano le seguenti grandezze:

1) Il rapporto così definito:

ove: din

(V) e stat

rappresentano, rispettivamente la freccia massima del ponte alla

generica velocità V di transito e la freccia massima in condizioni quasi statiche.

2) L’accelerazione verticale massima AVmax

dell’impalcato alla generica

velocità V.

stat

dinfale

VV

)(' ,Re

NORMATIVA TECNICA – Verifiche Dinamiche



45

VERIFICHE DINAMICHE:

Il valore di incremento dinamico

Viene utilizzato per amplificare l’effetto prodotto dal modello di treno

reale (HSLM, o RT) e dovrà risultare che:

Il valore massimo dell’accelerazione verticale AVmax di tale parametro

dovrà rispettare i seguenti limiti:

Avmax 3,5 m/sec2 nel campo di frequenze tra 0 e 30 Hz

''');'1(' max,ReRe alealeMax

2/

0/""71)'''( *

,ReSW

SWLM

RT

or

HSLM

fale

aa

NORMATIVA TECNICA – Verifiche Dinamiche



46

INTERAZIONE DINAMICA - Treno-Binario-Struttura (T-B-S)

In base alle S.T.I. per linee “Interoperabili” devono effettuarsi verifiche

dinamiche per valutare il rischio di risonanza o di eccessive vibrazioni con

riferimento ai T.D.U. (H.S.L.M.) così indicati:

Treno Dinamico

Universale (TDU)

Numero di carrozze

intermedie N

Lunghezza

Carrozza D [m]

Interasse ruote

d [m]

Forza assiale

P [kN]

A1 18 18 2,0 170

A2 17 19 3,5 200

A3 16 20 2,0 180

A4 15 21 3,0 190

A5 14 22 2,0 170

A6 13 23 2,0 180

A7 13 24 2,0 190

A8 12 25 2,5 190

A9 11 26 2,0 210

A10 11 27 2,0 210



47

Nelle verifiche dinamiche per valutare il rischio di risonanza o di eccessive vibrazioni

con riferimento ai T.D.U. (H.S.L.M.) devono individuarsi le seguenti grandezze:


ACCELERAZIONE IN MEZZERIA [m/s2]

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 50 100 150 200 250 300 350

Velocità (km/h)

Accele

razio

ne in

mezzeria

(m

/s2)

A1

A3

A2

A4

A5

A6

A7

A8

A9

A10



48

COEFFICIENTE DI AMPLIFICAZIONE DINAMICA T.D.U.

0,95

1,05

1,15

1,25

1,35

1,45

1,55

1,65

1,75

1,85

0 50 100 150 200 250 300 350

Velocità (km/h)

Co

eff

. a

mp

l. d

ina

mic

a

A1

A3

A2

A4

A5

A6

A7

A8

A9

A10


Nelle verifiche dinamiche per valutare il rischio di risonanza o di eccessive vibrazioni

con riferimento ai T.D.U. (H.S.L.M.) devono individuarsi le seguenti grandezze:



49

Nelle verifiche dinamiche per valutare il rischio di risonanza o di eccessivevibrazioni con riferimento ai T.D.U. (H.S.L.M.) devono individuarsi le seguentigrandezze:




50

Le limitazioni indicate per gli effetti dinamici nel punto 1.4.2.6 sono valide

per velocità dei treni reali non superiori a 350 Km/h (punto 1.4.2.3. della

norma).

Per tipologie non convenzionali (difformi da quelle in uso in ambito Rete

Ferroviaria Italiana, etc.), il Gestore dell’Infrastruttura potrà richiedere una

analisi completa di percorribilità ferroviaria per verificare la sicurezza di

marcia dei treni e il comfort dei passeggeri.

Questa è una analisi dinamica non lineare che

considera tutte le caratteristiche dinamiche del

ponte, dell’armamento e del treno (masse,

rigidezze e smorzamenti dei sistemi di

sospensione primaria e secondaria). I parametri

da controllare sono sempre Avmax

; Reale

.




51

Le azioni di frenatura e avviamento agiscono sulla sommità della

rotaia nella direzione longitudinale del binario. Esse devono essere

considerate uniformemente distribuite sulla lunghezza di influenza La,b

dell’elemento strutturale considerato. La direzione delle azioni deve

tenere conto delle possibili direzioni di marcia dei convogli.

NORMATIVA TECNICA – Azioni Frenatura - Avviamento

I valori caratteristici delle forze di avviamento Ql,ak

e frenatura Ql,bk

è pari a:

Le azioni di frenatura e avviamento non devono essere moltiplicati per il

coefficiente di amplificazione dinamica, mentre devono essere

moltiplicati per il coefficiente a (novità introdotta 2009).

Forza di avviamento: Ql,ak = 33 [kN/m] x La [m] 1000 [kN] (per LM71, SW0, SW2)

Forza di frenatura: Ql,bk = 20 [kN/m] x Lb [m] 6000 [kN] (per LM71, SW0)

Ql,bk = 35 x Lb [kN] (per SW2)



52

INTERAZIONE STATICA Treno – Binario – Struttura

Fenomeno di interazione fra sottosistemi dovuto a:

- DT (variazioni termiche rotaia e nella struttura).

– Azioni longitudinali (frenatura ed avviamento).

– Spostamenti longitudinali dovuti ai carichi verticali.

• Per viadotti con travi semplicemente appoggiate che rispettano alcuni

limiti dimensionali delle campate e di rigidezza del sottosistema

strutturale, può essere adottato un metodo semplificato (Allegato B

della norma).

– Il metodo semplificato fornisce direttamente i valori degli effetti

prodotti dall’interazione statica sugli elementi strutturali interessati,

avendo «implicitamente» la sicurezza e l’affidabilità del sistema.

NORMATIVA TECNICA – Interazione Statica (T-B-S)



Per tutti gli altri casi in cui non è applicabile l’analisi semplificata è

necessario effettuare delle specifiche analisi strutturali (analisi non lineari per

la presenza del ballast) per verificare la sicurezza del sistema e valutare gli

effetti di interazione.

53




54

Interazione fra i due sottosistemi dovuta a:

Azioni dirette :

– Azioni longitudinali (frenatura e avviamento).




(*)±15°C c.a./c.a.p.; ±20°C Mix Acc/Cls; ± 25°C Acc

55



Azioni indirette :

- DT (variazioni termiche nella rotaia) [-10°C ÷ + 60°C];

- DT (variazioni termiche nella struttura) (*);

- Ritiro e viscosità nelle strutture in c.a. e c.a.p.




Azioni dirette :


56




57


Azioni dirette :





58

Le analisi di interazione devono verificare i seguenti limiti :

Tensione nella rotaia Dsmax 60 Mpa (compressione)

Dsmax 70 Mpa (trazione)

Spostamento relativo rel tra l’impalcato del ponte e la superficie

superiore del rilevato di approccio e la rotaia

rel 5 mm




59

Se necessario, si dovranno introdurre

Apparecchi di dilatazione della rotaia




60

FORZA CENTRIFUGA

Nei ponti ferroviari al di sopra dei quali il binario presenta un tracciato in

curva deve essere considerata la forza centrifuga agente su tutta

l’estensione del tratto in curva.

NORMATIVA TECNICA – Forza Centrifuga

La forza centrifuga siconsidera agente versol’esterno della curva, indirezione orizzontale edapplicata alla quota di 1,80m al di sopra del P.F..

h =1.80 m



61

FORZA CENTRIFUGA

Il valore caratteristico dell’azione è definito in accordo con la

seguente equazione:

)(127

)(22

vkvktk Qfr

VQf

rg

vQ


dove:

Qtk- qtk = valore caratteristico della forza centrifuga [kN - kN/m];

Qvk- qvk = valore caratteristico dei carichi verticali [kN - kN/m];

v = velocità di progetto espressa in m/s;

f = fattore di riduzione (definito in seguito);

g = accelerazione di gravità in m/s2;

r = raggio di curvatura del binario in m.



62

Coefficiente “f”

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 20 40 60 80 100 120 140

f

Lf

V=120

V=160

V=200

V=250

V=300




63


Per i modelli di carico LM71 e SW/0 l’azione centrifuga si dovrà determinare

partendo dall’espressione generale Qtk

= V2

(f x α x Qvk

) / (127 x r) i valori

di V,α, e f in base alla tabella:



64

NORMATIVA TECNICA – Serpeggio

La forza laterale indotta dal serpeggio si considera come una forza

concentrata agente orizzontalmente, applicata alla sommità della rotaia

più alta, perpendicolarmente all’asse del binario. Tale azione si

applicherà sia in rettifilo che in curva.

Il valore caratteristico di tale forza sarà assunto pari a Qsk=100 kN.

Tale valore deve essere moltiplicato per a (se a>1), ma non per il

coefficiente f.

Questa forza laterale deve essere sempre combinata con i carichi

verticali.



65

Le azioni aerodinamiche indotte dal

passaggio dei convogli ferroviari devono

essere considerate nel progetto delle

strutture adiacenti i binari.

Il passaggio dei convogli ferroviari

induce sulle strutture adiacenti il binario

un’onda di pressione e depressione che

viaggia alla stessa velocità del

convoglio. L’entità di questa azione

dipende principalmente da:

L’aerodinamca del convoglio;

La forma della struttura;

La posizione della struttura, in

particolare la distanza ag;

Il quadrato della velocità del treno.

NORMATIVA TECNICA – Effetti Aerodinamici



66

Aggiornamento Normativo per B.A.R.

La somma delle pressioni delle azioni precedenti non potrà

essere assunta di valore inferiore ai seguenti valori:

1. Per linee con velocità massima V 160 km/h;

sia per le verifiche statiche che per quelle di deformabilità si

dovrà assumere una azione il cui valore minimo deve essere:

ptot=pvento+paerod.= 1,5 kN/m2

2. Per linee con velocità massima 160 < V < 200 km/h;

per le verifiche statiche si dovrà assumere il valore minimo

ptot-sta=pvento+paerod.= 1,5 kN/m2

per quelle di deformabilità si dovrà assumere il valore minimo

ptot-def=pvento+paerod.= 2,5 kN/m2



67

3. Per linee con velocità massima V 200 km/h;

sia per le verifiche statiche che per quelle di deformabilità si

dovrà assumere il valore minimo:

ptot= pvento+paerod.= 2,5 kN/m2




68

INTERAZIONE DINAMICA

Per le sole linee A.V.\A.C. con velocità V 200 km/h occorre

verificare che non si instaurino condizioni di risonanza delle

barriere A.R., sottoposte ad una azione dinamica rappresentata

dalla T.H. indicata nel successivo grafico.

Il diagramma è normalizzato; il valore di picco deve essere

determinato in base al punto 1.4.6. dell’istruzione I/SC/PS-

OM/2298 del 2.6.95, aggiornata il 13/01/97.

Le ascisse devono essere calibrate in funzione della

velocità di transito del treno.




69

T.H. (PRESSIONE AERODINAMICA NORMALIZZATA) per V = 300 km/h

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 1 2 3

tempo [sec]

Pre

ssio

ne [

kN

/mq

]

14.2

0135.019.6*

Vtctt

Per velocità diverse da 300 km/h si deve

modificare la scala dei tempi con la

formula:

con V [km/h]




70

Dall’esame delle risposte dinamiche delle barriere occorrerà effettuare le verifiche

a fatica (verificando sempre il restare sotto il limite di fatica).

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Sp

osta

men

ti [m

m]

Tempo [s]

T.H. freccia in sommità [V=300 km/h; h=5.0 m]

Le analisi dinamiche dovranno essere eseguite con velocità variabile da 200

km/h a V=Vmax (con incrementi di 10 km/h).




71

Per tutte le tipologie di barriere occorrerà effettuare le verifiche a

fatica dei montanti, dei pannelli e dei relativi collegamenti

(bullonature, saldature e rivettature) considerando le azioni

derivanti dalle pressioni aerodinamiche associate al transito dei

convogli ferroviari di cui al punto 1.4.6. dell’istruzione I/SC/PS-

OM/2298 del 2.6.95, aggiornata il 13/01/97, verificando che i Ds

siano inferiori al DsD di riferimento diviso per il coefficiente di

sicurezza m=1.25. Analogo discorso per le sollecitazioni di taglio.

Per le linee A.V.\A.C. il controllo verrà eseguito con i valori di Ds

risultanti dall’analisi dinamica se superiori a quelli della citata

istruzione, verificando che gli stessi siano inferiori al DsD di

riferimento diviso per il coefficiente di sicurezza m




72

tNm cosDs

25.1

DsD= Valore

ammissibile a fatica

PARTICOLARI PER LE VERIFICHE A FATICA

FINE COSTOLA

ATTACCO DEL MONTANTE

ALLA PIASTRA DI BASE

CNR UNI 10011

EC3 (se la saldatura è rastremata e raccordata)

CNR UNI 10011



73

VERIFICHE DEI PANNELLI

Non sempre è possibile ricorrere a schemi

semplificati di calcolo

E’ possibile ricorrere a modellazioni agli E.F.

L’elemento di pannello fonoassorbente deve essere verificato

a resistenza e a fatica, sottoposto ad una azione flessionale

(la stessa ricavata precedentemente) e ad una azione

torsionale dovuta alla controfase fra i montanti consecutivi

sottoposti alla deformazione massima indotta dall’azione

aerodinamica dinamizzata.

In mancanza di curve SN specifiche del pannello ed i

suoi attacchi, la verifica potrà essere sostituita da una

doppia prova a fatica.

Prova flessionale: 2.000.000 di cicli con carico 0250 kg/m2

Prova torsionale: 2.000.000 di cicli controfase ±1/150H



74

Le strutture ferroviarie devono essere

progettate in modo che in caso di

deragliamento, il danno risultante

sul ponte (in particolare in termini di

collasso o di perdita di stabilità) sia

limitato al minimo.

Le azioni da considerare per

simulare l’evento «accidentale» del

deragliamento sono rappresentato

nelle seguenti due figure:

NORMATIVA TECNICA – Azioni Accidentale: Deragliamento



75

All’occorrenza di un deragliamento per la collisione con un veicolo, in mancanza di

specifiche analisi di rischio, possono assumersi le seguenti azioni statiche equivalenti,

in funzione della distanza d degli elementi esposti dall’asse del binario:

per d ≤ 5 m:

- 4000 kN in direzione parallela alla direzione di marcia dei convogli ferroviari;

- 1500 kN in direzione perpendicolare alla direzione di marcia dei convogli ferroviari;

NORMATIVA TECNICA – Azioni Accidentale: Urto da treno

per 5 m < d ≤ 15 m:

- 2000 kN in direzione parallela alla direzione di

marcia dei convogli ferroviari;

- 750 kN in direzione perpendicolare alla direzione di

marcia dei convogli ferroviari;

per d > 15 m pari a zero.

Queste forze dovranno essere applicate a 1,80 m dal

piano del ferro e non dovranno essere considerate

agenti simultaneamente



76

L’ITALIA E’ UNA REGIONE SISMICA

C’era una normativa nazionale D.M. 16.1.1996

aggiornato dal D.M. 14.1.2008 con l’introduzione

degli Eurocodici

NORMATIVA TECNICA – Azioni Sismiche



77

CLASSIFICAZIONE 2003 CLASSIFICAZIONE 2008La storia

77

NORMATIVA TECNICA – Azioni sismiche



78

In internet c’è un sito (http://esse1.mi.ingv.it/)

Con tutti I parametri per

la definizione delle azioni

sismiche secondo

normativa su un reticolo

di maglia (5 km x 5 km).

Nuove azioni sismiche


http://esse1.mi.ingv.it/



79

Per ciascun punto della maglia è definita

l’accelerazione di picco al suolo (ag) e/o

lo spettro di risposta elastico in

accelerazione,

L’azione sismica di riferimento per I

diversi stati limite di progetto è associata

ad una predeterminata probabilità di

superamento Pc, in un determinato

periodo di ritorno Tr

Nuove azioni sismiche




80

n

j

jkoikQkPkiGid QQPGF2

1 )(

STATI LIMITE

STATI LIMITE DI SERVIZIO (SLE):

- Stato tensionale;

- Deformazioni e vibrazioni;

- Fessurazione (per opere in c.a., c.a.p. e a struttura mista);

- Scorrimento dei giunti (per opere in acciaio con unioni bullonate e chiodate).

STATI LIMITE ULTIMI (SLU) F d R

ddove:

NORMATIVA TECNICA – Criteri di verifica

n

j

jkoikkd QQPGGF2

121

N.B. (Le T.A. Sono state abolite)



81

COMBINAZIONE AZIONI

I GRUPPI DI CARICO DA TRAFFICO FERROVIARIO

NORMATIVA TECNICA – Criteri di verifica



82

STATI LIMITE PER OPERE FERROVIARIE

STATI LIMITE DI SERVIZIO (SLE):

Stati limite relativi alla sicurezza di marcia:

Accelerazione verticale dell’impalcato;

Controllo dello sghembo

Rotazioni verticali alle estremità dell’impalcato

Inflessione dell’impalcato sul piano orizzontale

Stati limite relativi al comfort del passeggero:

Controllo del rapporto freccia/luce in funzione del tipo di struttura e della

velocità della linea.

NORMATIVA TECNICA – Criteri di verifica S.L.E.



83

STATO LIMITE PER LA SICUREZZA DELLA

CIRCOLAZIONE FERROVIARIA

1) Rotazione dell’impalcato

q1; q3 ≤ 6.510-3 [rad] all’estremità campata

q2 ≤ 1010-3 [rad] relativa appoggio intermedio

Spostamento orizzontale sul P.d.R.

H q ≤ 8 mm

(H = distanza fra P.R. e assi di rotazione appoggi)

2) Deformazioni torsionali dell’impalcato

Sghembo “t” ≤ 3mm /3m per 120 < V ≤ 220

km/h

Rotazioni travi impalcato

NORMATIVA TECNICA – Criteri di verifica S.L.E.requisiti concernenti deformazioni e vibrazioni

Sghembo



84

STATO LIMITE PER LA SICUREZZA DELLA CIRCOLAZIONE FERROVIARIA

3) Accelerazioni verticale dell’impalcato: Avmax ≤ 3.5 m/s2

Questa verifica è necessaria soltanto per velocità di esercizio superiore a 200 km/h o quando la

frequenza propria dell’impalcato non ricade nel “fuso” indicato dalla norma.

4) Deformazione dell’impalcato sul piano orizzontale

Considerando la presenza del treno di carico LM71 e SW/0, incrementato con il corrispondente

coefficiente dinamico e con il coefficiente a, l’azione del vento, la forza laterale (serpeggio), la forza

centrifuga e gli effetti della variazione di temperatura lineare fra i due lati dell’impalcato, l’inflessione

nel piano orizzontale dell’impalcato non deve produrre deformazioni compatibili con questi limiti:




85

STATO LIMITE PER IL CONFORT DEL PASSEGGERO




86

REQUISITI CONCERNENTI I CEDIMENTI DI FONDAZIONE

NORMATIVA TECNICA – Criteri di verifica S.L.E.requisiti concernenti le fondazioni

Nell’analisi di deformabilità verticale delle fondazioni, i cedimenti differenziali ““

fra fondazioni adiacenti, calcolati considerando agenti tutte le azioni permanenti

con il loro valore caratteristico, dovranno rispettare i seguenti limiti:

per travi appoggiate;

per travi continue;

1000

Lmed

3000

Lmed

Dove:

Lmed = luce media delle campate afferenti

sulla fondazione in esame.



87

Per trattare i principali aspetti progettuali faremo riferimento ad alcune

immagini di un’altra opera della tratta A.V.-A.C. Mi-Bo: il viadotto Modena

767 campate isostatiche da 31.5 m

9 impalcati continui 136 m ciascuno, tre luci 40 - 56 - 40 m.

ASPETTI PROGETTUALI: REQUISITI GENERALI



88

1

32

ANALISI STRUTTURALI – Modellazione



89

ANALISI STRUTTURALI – ANALISI PARTICOLARI : 1

COMPORTAMENTO GLOBALE DEL CASSONE

Bmin

INSTABILITA’ della SEZIONE APERTA



90

sx

sysz

z: Longitudinale

x: Trasversale

y: Verticale

ANALISI STRUTTURALI : ANALISI PARTICOLARI : 2

EFFETTI DELLA PRECOMPRESSIONE IN

TESTATA

1.0÷1.6 m



91

Azione di

SVIO

Fase costruttiva :Varo Concio

ANALISI STRUTTURALI – Azioni Acc.li e Fasi costruttive



92

PULVINO IPER

FUSTI PILE CAVE

+15°C

-15°C

0°C

- 5°C

100 cm

0°C

PULVINO ISO

ANALISI STRUTTURALI – Modellazione Pile e Pulvini



93

ASPETTI PROGETTUALI: ULTERIORI REQUISITI TECNICI

In tutte le zone d’Italia, ad eccezione della Sardegna, i ponti e

viadotti ferroviari devono essere progettati considerando le

condizioni sismiche (almeno la III categoria sismica). Tale

richiesta è formulata per l’attenzione ai dettagli costruttivi

richiesti nella normativa sismica.

In generale, l’organizzazione strutturale dei ponti e viadotti deve

essere tale da consentire l’adozione della L.R.S.; ciò implica

l’adozione generale di viadotti a travi isostatiche di luce

ottimale. In tutta la rete A.V. solo nell’attraversamento del PO a

Piacenza si è resa necessaria l’introduzione di apparecchi di

dilatazione della rotaia.

In caso di terreni di fondazione compressibili o in prossimità dei

fiumi è generalmente richiesta l’adozione di uno schema statico

di travi semplicemente appoggiate per minimizzare gli effetti

sull’esercizio ferroviario dovuti ad eventuali cedimenti fondali.



94

ASPETTI PROGETTUALI: REQUISITI DI DURABILITA’

Tutte le infrastrutture ferroviarie sulle linee esistenti sono fatte

oggetto di ispezioni periodiche in base alle quali sono stati

individuati i più comuni difetti di ponti e viadotti ferroviari. Tali

studi hanno condotto all’introduzione di nuove e più dettagliate

prescizioni progettuali nelle normative ferroviarie, al fine di

massimizzare la garanzia di un adeguato comportamento nel

tempo.



95

• ACCESSIBILITA’ E ISPEZIONABILITA’Nella concezione strutturale dell’opera d’arte deve essere assicurato un agevole

e frequente accesso dagli impalcati alle pile per la manutenzione degli appoggi,

coprigiunti e ritegni sismici elementi con vita utile minore di quella

dell’infrastruttura.

min 160-180 cm Altezza minima delle travi a cassone

Distanza minima fra intradosso

impalcato e piano del pulvinomin 40 cm

La sostituzione degli apparecchi d’appoggio deve essere garantita con la

minore interferenza possibile con l’esercizio ferroviario.


Distanza minima fra le estremità

delle travi

min 60 cm



96

• DRENAGGIO E IMPERMEABILIZZAZIONE

VIADOTTI MODENA E PIACENZA: SISTEMA DI DRENAGGIO

- IDONEO SPESSORE DI STRATO

IMPERMEABILE

- DISPOSITIVI DEL SISTEM DI

DRENAGGIO

Le solette d’impalcato devono essere provviste di idonei sistemi di

impermeabilizzazione, raccolta e smaltimento delle acque; l’affidabilità del

sistema di drenaggio deve essere attentamente verificata sia in fase

progettuale che durante la realizzazione:




98

- Impiego di cavi isolati

elettricamente

DURABILITA’ DEL SISTEMA DI PRECOMPRESSIONE INIEZIONE

DELLE GUAINE:

- Guaine in HDPE (FIB 2000)

- L’iniezione delle guaine degli impalcati n c.a.p. è sempre prevista con la

tecnologia del sottovuoto (pressione durante l’iniezione 0.2 bar).

Per l’introduzione delle guaine in HDPE nell’ambito degli impalcati ferroviari è stata

condotta una prova in situ per la di qualifica del sistema di precompressione.




100

ASPETTI NOMATIVI E PROGETTUALI: CONCLUSIONI

In questo intervento sono stati evidenziati i principali aspetti normativi

che regolamentano la progettazione strutturale dei ponti e viadotti

ferroviari, illustrando le azioni elementari, le relative combinazioni ed i

criteri di verifica, con particolare riferimento a specifiche tematiche

ferroviarie (Interazione statica e dinamica T–B–S).

Successivamente sono stati richiamati i più importanti requisiti tecnici

richiesti a livello progettuale e realizzativo, tutti finalizzati a

massimizzare l’affidabilità dell’infrastruttura ferroviaria nel tempo e che,

in casi particolari prevedono attività di sperimentazione preventiva in

situ per la qualifica di sistemi e/o processi costruttivi. I requisiti tecnici

richiesti discendono dall’esperienza ferroviaria sviluppatasi in più di

cento anni di gestione dell’infrastruttura e ne rappresentano il

patrimonio conoscitivo maturato.



101

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

[email protected]

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