Sperimentazione di nuove metodologie di... · analisi delle criticità di 3 opere d'arte viadotto a...

Prof. Ing. Alessandro Rasulo

Seminari di rendicontazione attività svolta per

Sperimentazione di nuove metodologie di ispezione ed analisi delle criticità di 3 opere d'arte

viadotto a più luci Valchetta II al Km

11+405 della SR 2bis “Cassia

Veientana”

ponte in cemento armato al km

72+116 della SR 6 "Casilina"

ponte in muratura al km 35+510

della SR 627 “della Vandra”

Criteri generali per la valutazione della sicurezza dei ponti esistenti

Obiettivo dell’analisi è sempre la determinazione dellivello di rischio associato alle diverse condizioni in cui

si può trovare la struttura

𝑆 ≤ 𝑅Tipologie di Azione

• Carichi (traffico ordinario, carichi eccezionali …)

• Tempo (perdita di performance)

• Sisma

Attesa di Performance (Stati limite)• perdita di operatività• danneggiamento severo• collasso

Incertezza

𝑅

𝑆

𝑆 > 𝑅

𝑆 < 𝑅

Fase 2: Scelta dei ponti che necessitano di interventi con maggioreurgenza, poiché soggetti ad un rischio più elevato o perché la lorofunzione è più importante.

Cosa fare quando si considera l’intero corpodi opere d’arte di una infrastruttura?

Fase 1: Indagine preliminare sul patrimonio di strutture esistenti evalutazione del grado di priorità, in funzione del livello di rischioassociato a ciascuna struttura.

Fase 3: Analisi strutturale di dettaglio delle opere individuate apriorità più elevata.

Fase 4: Programmazione degli interventi in considerazione deivincoli di pianificazione economica.


L’approccio più rigoroso prevede l’esecuzione di un’analisi costi-benefici …


… considerando anche lo schema a rete dell’infrastruttura …

Ponte 1Ponte 2 Ponte 3

A B

A B

Ponte 1

Ponte 2

Ponte 3

Nella pratica si dà una stima del rischio relativo di un ponterispetto agli altri sulla base dei seguenti fattori:

1) Pericolosità delle sollecitazioni2) Vulnerabilità della struttura3) Importanza della struttura


I problemi della sicurezza a fronte dei carichi da traffico sono legatiai sovrapporsi dei seguenti due fenomeni: la crescente richiesta di trasporti eccezionali sottopone i ponti

esistenti a carichi sensibilmente superiori a quelli previsti dalprogetto e dalle Normative;

il degrado strutturale provoca il decadimento della resistenza econseguentemente la riduzione della capacità portantedell’opera.

CARICHI ECCEZIONALI

𝑅, 𝑆

𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜

𝑅(𝑡)

𝑆(𝑡)

𝑚𝑎𝑟𝑔𝑖𝑛𝑒 𝑑𝑖 𝑠𝑖𝑐𝑢𝑟𝑒𝑧𝑧𝑎

CARICHI ECCEZIONALI

CARICHI ECCEZIONALI

Per quanto riguarda i carichi eccezionali, occorre precisare chegeneralmente sono di entità notevolmente superiore a quelliprevisti dalle Norme vigenti, e sono anche di natura diversa inquanto gravano su un numero di assi notevolmente superiorerispetto a quello previsto dalle Normative.

Le combinazioni di carichi per asse, la distanza tra asse ed asse el’entità totale del carico eccezionale sono molto varie e copronomolteplici casistiche, non tutte riconducibili, in termini di azionigenerate sul ponte, a quelle previste dai testi normativi.

In tutta Italia il patrimonio dei ponti esistenti è caratterizzato daopere che possono risalire anche all’inizio del secolo scorso e daun numero significativo di opere progettate e realizzate nelsecondo Dopoguerra. Questi ponti, anche se in buono stato diconservazione, sono stati progettati per carichi minori di quelliprevisti dalla vigente Normativa (e magari in assenza completa diconsiderazioni circa l’azione sismica).

CARICHI ECCEZIONALI E NON SOLO (AZIONE SISMICA)

RD 542/1909 NTC-2008 Legge 1684/1962

I ponti esistenti, nonostante la loro limitata capacità portante,hanno svolto la loro funzione egregiamente, sopportando in molticasi carichi maggiori di quelli di progetto.Ciò è dovuto alle precauzioni assunte in fase di progettazione(margini di sicurezza) e alla buona qualità realizzativa.

VETUSTA’ E MANUTENZIONE

Questi ponti però possono divenire critici per danneggiamentoprogressivo se: vengono sottoposti a carichi eccezionali frequenti e/o di entità

eccessiva. viene trascurata la manutenzione ordinaria e/o straordinaria.

Per fornire indicazioni utili sulla sicurezza risulta essenzialericonoscere le vulnerabilità di alcune tipologie costruttive e glielementi maggiormente a rischio.

TIPOLOGIE VULNERABILI

Esempio: gli impalcati con mensole tipo Gerber: concentrazione di tensioni elevate in cui l’abituale teoria

tecnica della trave non è applicabile (rischio di erroriprogettuali e/o esecutivi);

la trasmissione dei carichi è affidata al corretto funzionamentodel meccanismo tirante (barre di acciaio) / puntone(calcestruzzo) con funzionamento di tipo fragile (pocopreavviso prima del collasso);

rischio di ammaloramento a causa delle infiltrazioni nel giuntodell’acqua meteorica.

MONITORAGGIO (ISPEZIONI VISIVE)

Forniscono l’80% delle informazioni rilevanti con20% dei costi totali di ispezione!

• Analisi delle fessurazioni • Analisi delle deformazioni• Analisi dei difetti • Identificazione dei degradi

PRO: CONTRO:

• Costi• Immediatezza

• Necessarie ma non sufficienti

• Non sempre realizzabili

COMPILAZIONE SCHEDE DI VALUTAZIONE ISPETTIVA

L’approccio di verifica si basa sull’assunzione che il ponte esistentesia stato progettato e realizzato in accordo con le prescrizioni delleNorme vigenti al tempo della realizzazione.In base alla portata e al tipo di carichi previsti dalle Norme vigentiall’atto della costruzione è possibile valutare la massima capacitàportante.

CARICHI VERTICALI

Normale n. 8 del 15/09/1933: per i ponti che dovevano reggere i carichi militari si indicava lo schema II di carico, corrispondente al peso dell’obice 305/17 di 92 tonnellate comprensivo del carrello e della motrice.

Normale n. 6018 del 09/06/1945: dopo la guerra è stato abolito lo schema di carico militare; si prevedeva lo schema di carichi civili consistente in una colonna indefinita di autocarri da 12 ton, con assi da 8 ton e 4 ton alternati ed equidistanti di 3 metri; si prevedeva inoltre il transito di un rullo compressore da 18 ton

CARICHI VERTICALI

Circolare n. 384 del 14/02/1962: “Norme relative ai carichi per il calcolo dei ponti stradali”

CARICHI VERTICALI

Decreto Ministeriale n. 308 del 02/08/1980: “Criteri generali e prescrizioni

tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo di ponti stradali”. Si perde il

riferimento ai carichi “reali”. A differenza delle norme precedenti non è riportata la

schematizzazione di veicoli, ma solo indicazioni su carichi ripartiti equivalenti da

applicare

CARICHI VERTICALI

q1A) Colonna di carichi tipo A, rappresenta un carico ripartito disposto, ai fini dei calcoli

delle strutture principali, lungo l’asse di una corsia di ingombro. L’intensità q1A del carico,

in t/m, si esprime in funzione della lunghezza L di calcolo, in m, nel modo seguente:

q1A = 2,89 + 52 / L per L < 40 m;

q1A= 4,35 - L / 250 per 40 < L < 400 m;

q1A = 2,75 per L > 400 m.

q1B) Colonna di carichi tipo B, rappresenta un carico ripartito disposto, ai fini dei calcoli

delle strutture principali, lungo l’asse di una corsia di ingombro. L’intensità q1B del carico ripartito, in t/m, si esprime in funzione della lunghezza L di calcolo, nel modo seguente:q1B = 0,40 + 27 / L per L < 15 m;q1B = 2,23 – L / 500 per 15 < L < 400 m;q1B = 1,43 per L > 400 m.La lunghezza L che compare nelle espressioni di q1A e q1B è la lunghezza delle stese di carico che si prendono in esame, caso per caso, per le verifiche.

Decreto Ministeriale 04/05/1990 “Aggiornamento delle norme tecniche per la

progettazione, l’esecuzione e il collaudo dei ponti stradali” ha introdotto il carico

principale da 60 tonnellate.

CARICHI VERTICALI

ANALISI STRUTTURALE

ANALISI STRUTTURALE

Disegni di Carpenteria Originali

ANALISI STRUTTURALE

Rilievo(dei dettagli costruttivi)

Prove(sui materiali)

Verifiche

limitate

La quantità e disposizione

dell’armatura è verificata per

almeno il 20% delle pile (ma non

meno di 2 pile)

1 provino di cls. e 1 campione di armatura per almeno il 20% delle pile (ma non meno di 2 pile)

Verifiche

estese




meno di 3 pile)


Verifiche

esaustive




meno di 4 pile)


ANALISI STRUTTURALE

Progetto simulato “Serve, in mancanza dei disegni costruttivioriginali, a definire la quantità e la disposizione dell’armatura intutti gli elementi con funzione strutturale o le caratteristiche deicollegamenti. Deve essere eseguito sulla base delle normetecniche in vigore e della pratica costruttiva caratteristica all’epocadella costruzione.”



Viadotto a più luci Valchetta II al Km 11+405 della SR 2bis “Cassia Veientana”



Veientana”






Giu

nto

1

Giu

nto

2

Giu

nto

3

Giu

nto

4

GEOMETRIA DEL VIADOTTO

4 GIUNTI

13 CAMPATE5 metri

20 metri12 PILE

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

CONFIGURAZIONI

ARMATURE LONGITUDINALI

IPOTESI SU

PROPRIETÀ DEI MATERIALI E QUANTITATIVI DI ARMATURA

ANALISI NON LINEARE

LEGAME DI MANDER

CALCESTRUZZO CONFINATO

CALCESTRUZZO NON CONFINATO

ANALISI NELLE 2 DIREZIONI

TRASVERSALE

LONGITUDINALE

PILE CON SCHEMA A MENSOLA

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,01

M [

kNm

]

F[m-1]

M-F Asse forte - pila 5 m

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009

M [

kNm

]

F[m-1]


1‰ 2‰ 3‰ 4‰

ANALISI TRASVERSALE

Curvatura ultima decrescente con l’aumento della percentuale geometrica di armatura

Curvatura di snervamento pressoché simile

Legami bilinearizzati

Momento di snervamento crescente

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

V [

kN]

δ[m]

V-δ Asse forte - pila 20 m

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

V [

kN]

m

V-m Asse forte - pila 20 m

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

0

1000

2000

3000

4000

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035

V [

kN]

δ[m]

V-δ Asse forte - pila 5 m

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

V [

kN]

m


1‰ 2‰ 3‰ 4‰

FORZA - DUTTILITÀ

ANALISI TRASVERSALE

FORZA - SPOSTAMENTO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03

M [

kNm

]

F[m-1]

M-F Asse debole - pila 5 m

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03

M [

kNm

]

F[m-1]


1‰ 2‰ 3‰ 4‰

ANALISI LONGITUDINALE

Curvatura ultima decrescente con l’aumento della percentuale geometrica di armatura

Curvatura di snervamento pressoché simile

Legami bilinearizzati

Momento di snervamento crescente

Il momento resistente in questa direzione è più piccolo di un ordine di grandezza

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

V [

kN]

δ[m]

V-δ Asse debole - pila 5 m

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

V [

kN]

m


1‰ 2‰ 3‰ 4‰

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

V [

kN]

δ[m]

V-δ Asse debole - pila 20 m

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

V [

kN]

m

V-m Asse debole - pila 20 m

1‰ 2‰ 3‰ 4‰

FORZA - DUTTILITÀ

ANALISI TRASVERSALE

FORZA - SPOSTAMENTO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

Duttilità

V-m Asse forte 1‰ - pila 5 m

Taglio Flessione

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 2 4 6 8 10

V [

kN]

m


Taglio Flessione

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 2 4 6 8 10

V [

kN]

m


Taglio Flessione

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 2 4 6 8 10

V [

kN]

m


Taglio Flessione

VERIFICA ROTTURA A TAGLIO – ASSE FORTE

La rottura a taglio non precede mai quella a flessione

VERIFICA ROTTURA A TAGLIO – ASSE FORTE


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

Duttilità


Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

V [

kN]

m


Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

V [

kN]

m


Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

V [

kN]

m


Taglio Flessione

VERIFICA ROTTURA A TAGLIO – ASSE DEBOLE


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

Duttilità

V-m Asse debole 1‰ - pila 5 m

Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

Duttilità


Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

Duttilità


Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

Duttilità


Taglio Flessione

VERIFICA ROTTURA A TAGLIO – ASSE DEBOLE


0

500

1000

1500

2000

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

m


Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

m


Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

m


Taglio Flessione

0

500

1000

1500

2000

2500

0 2 4 6 8 10

Forz

a [k

N]

m


Taglio Flessione

ANALISI SISMICA

INQUADRAMENTO GEOLOGICO DELL’OPERA

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

S e[g

]

T [sec]

Spettro elastico orizzontale

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

S e[m

/s²]

SDe [m]

Spettro Accelerazione - Spostamento

ANALISI SISMICA

PARAMETRI SISMICISTATO LIMITE DI SALAVAGUARDIA

DELLA VITA (SLV)

VITA NOMINALE 50 ANNI

CLASSE D’USO III

(secondo ASTRAL: Classe d’Uso II)

SUOLO TIPO C

TERRENO PIANEGGIANTE (T1)

CALCOLO DEGLI SPOSTAMENTI

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

S e[m

/s²]

SDe [m]

Accelerazione - Spostamento - Asse Forte

Spettro

1‰

2‰

3‰

4‰

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

S e[m

/s²]

SDe [m]

Accelerazione - Spostamento - Asse Debole

PILA 5 METRI

SOVRAPPOSIZIONE DIAGRAMMA PER RICAVARE SPOSTAMENTI

CAMPO PLASTICO

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,00 0,05 0,10 0,15

S e[m

/s²]

SDe [m]

9 centimetri di spostamento in

entrambe le direzioni

CAMPO ELASTICO

CALCOLO DEGLI SPOSTAMENTI

PILA 20 METRI

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

S e[m

/s²]

SDe [m]


Spettro

1‰

2‰

3‰

4‰

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

S e[m

/s²]

SDe [m]


MODELLAZIONE AL SAP2000

I giunti trasmettono taglio e sforzo normale

Pile incastrate alla base

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01M

[kN

m]

F[m-1]


1‰ 2‰ 3‰ 4‰ Momento max


Inviluppo delle sollecitazioni in direzione trasversale

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01

M [

kNm

]

F[m-1]


1‰

2‰

3‰

4‰

Momento P5 e P8

Momento P6 e P7

Non tutte le configurazioni ipotizzate sono in grado

di resistere alle sollecitazioni indotte dal sisma

Nelle pile di altezza 20 metri

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03

M [

kNm

]

F[m-1]




Inviluppo delle sollecitazioni in direzione longitudinale

Tutte le configurazioni ipotizzate sono in

grado di resistere alle sollecitazioni

indotte dal sisma

Nelle pile di altezza 20 metri

Le pile da 5 metri risultano scariche in

questa direzione

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035

M [

kNm

]

F[m-1]




Bloccando lo scorrimento in testa alle

pile da 5 metri si generano sollecitazioni

inadeguate



Ponte in cemento armato al km 72+116 della SR 6 “Casilina”



Veientana”






Evoluzione temporale delle principali normative

sulla classificazione degli acciai di armatura

Parametri statistici principali degli acciai

da armatura usati nel periodo 1950-1972

Analisi strutturali

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Tagl

io [

kN]

z [m]

Tagliotrave 1

Max

Min

-200-100

0100200300400500600700800900

10001100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Mo

men

to [

kNm

]

z [m]

Momentotrave 1

Max

Min

Ipotesi 1: Sezione rettangolare con solo armatura inferiore

h= 100 cm

b= 35 cm

As= 6 Ø 30 (42.39 cm2)

c = 4 cm

yn = 35 cm

MRd= 1002 kN m

Ipotesi 2: Sezione rettangolare con doppia armatura (superiormente solo reggi-staffe)

h= 100 cm

b= 35 cm

A’s= 2 Ø 30 (14.13 cm2)

As= 6 Ø 30 (42.39 cm2)

c = 4 cm

yn = 19 cm

MRd= 1062 kN m

Ipotesi 3: Sezione rettangolare con doppia armatura simmetrica

h= 100 cm

b= 35 cm

A’s= 6 Ø 30 (42.39 cm2)

As= 6 Ø 30 (42.39 cm2)

c = 4 cm

yn = 6 cm

MRd= 1096 kN m

Verifiche

Base [cm] 35 ---

Altezza [cm] 100 280

Copriferro [cm] 4 ---

diametro ferri lon. [mm] 30 15

Carico assiale [kN] 0 1.00

diametro staffe [mm] 10 20

numero bracci 2 157

3.31 cotgθ VRcd [kN] 611.99

0.29 rad VRsd [kN] 532.16

16.8 ° VRd [kN] ERRORE

2.5 cotgθ VRcd [kN] 761.70

0.38 rad VRsd [kN] 462.64

21.8 ° VRd [kN] 462.64

θ ammesso

Dati sezione e materiale

fyk [N/mm2]

fyd [N/mm2]

fck [N/mm2]

fcd[N/mm2]

αc

Armatura trasversale

passo [cm]

Area staffe [mm2]

Verifica a Taglio

θ per VRsd =VRsd



Ponte in muratura al km 35+510 della SR 627 “della Vandra”



Veientana”






Pavimentazione

Parapetto

Arco

SpalleRinfianco

Riempimento

Secondo tali formule lo spessore dell’arco in chiave può essere calcolato come:

- formula di Lesguiller: 𝑠 = 0.1 + 0.2 𝑙 = 0.1 + 0.2 10 = 0.732 m

- formula di Sejourné : 𝑠 = (0.15 + 0.15 𝑙)4

3 1 −

𝑓

𝑙+

𝑓2

𝑙2 =

= 0.15 + 0.15 10 1.33(1 − 0.5 + 0.25 ) = 0.624 m

- formula di Leveillé: 𝑠 =1+0.1𝑙

3=

1+0.1∙10

3= 0.667 m

Caratterizzazione Murature

Analisi dei meccanismi di collasso e delle sollecitazioni

CONCLUSIONI

Possibilità di integrazione di un BDM (es: Samoa, Autostrade spa)pensato per la programmazione, tramite sistemi esperti, dellamanutenzione (essenzialmente ordinaria) con modelli di calcolostrutturale semplificato tipo quelli applicati.

Sperimentazione di nuove metodologie di... · analisi delle criticità di 3 opere d'arte viadotto a...

Documents

Transcript of Sperimentazione di nuove metodologie di... · analisi delle criticità di 3 opere d'arte viadotto a...