Lezione. Prof. Pier Paolo Rossi Università degli Studi di Catania

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1 Lezione PONTI E GRANDI STRUT TURE Prof. Pier Paolo Rossi Università degli Studi di Catania 1

2 Scenari di carico dei ponti Gli scenari di carico da considerare in fase di progetto dovranno riguardare : la fase finale dell opera le fasi transitorie (ad esempio fasi di realizzazione del ponte). 2

3 AZIONI SUI PONTI 3

4 Azioni sui ponti Ponti stradali azioni permanenti (pesi strutturali, non strutturali, spinta terre e idrauliche e precom.) azioni permanenti (distorsioni e deformazioni impresse) azioni variabili da traffico (carichi verticali) azioni variabili da traffico (incremento dinamico addizionale) azioni variabili da traffico (azione long. di frenamento o di accelerazione) azioni variabili da traffico (azione centrifuga) azioni sui parapetti e urto di veicoli in svio azione di neve e vento azione idrodinamica azione della temperatura resistenze passive dei vincoli azioni sismiche azioni eccezionali 4

5 AZIONI PERMANENTI 5

6 Azioni sui ponti Azioni permenenti Azioni che agiscono durante tutta la vita nominale di progetto della costruzione, la cui variazione di intensità nel tempo è molto lenta e di modesta entità. Le azioni permanenti possono essere : peso proprio di tutti gli elementi strutturali (G1); forze indotte dal terreno (G1) (esclusi gli effetti di carichi variabili applicati al terreno); forze risultanti dalla pressione dell acqua (G1) (quando costanti nel tempo); peso proprio di tutti gli elementi non strutturali (G2); distorsioni e presollecitazioni di progetto; effetti reologici (ritiro e viscosità); cedimenti vincolari. 6

7 Azioni sui ponti Cedimenti vincolari I cedimenti vincolari devono essere considerati solo nel caso in cui siano significativi per le strutture, sulla base delle indagini geotecniche. L effetto dei cedimenti deve essere valutato quando, a seguito di indagini geotecniche si preveda un cedimento non trascurabile delle fondazioni delle pile e delle spalle, ovvero quando deformazioni anche modeste siano gravose per la struttura 7

8 AZIONI VARIABILI DA TRAFFICO (carichi verticali) 8

9 Azioni sugli impalcati Azioni variabili da traffico I carichi variabili da traffico sono definiti da schemi di carico su corsie convenzionali. I modelli devono : essere semplici da usare riprodurre correttamente i principali effetti dei carichi reali essere gli stessi per le verifiche globali e locali considerare tutte le possibili situazioni di traffico corrispondere ai livelli di affidabilità prestabiliti includere gli effetti dinamici 9

10 Azioni sugli impalcati Azioni variabili da traffico Gli effetti di carichi su siti di costruzione di strade (ad es. ruspe o camion carichi di terra) o di carichi per prove non sono riprodotti dai modelli di carico di normativa. Similmente, i modelli di carico di normativa non considerano veicoli il cui peso ecceda le disposizioni nazionali in tema di carichi militari. 10

11 Azioni sugli impalcati Azioni variabili da traffico Il traffico dei veicoli può differire tra i ponti per : composizione (ad es. percentuale di camion) densità (ad es. numero medio di veicoli per anno) peso massimo dei pesi dei veicoli carico per asse presenza di segnali stradali di limitazione del peso di veicoli Queste differenze devono essere considerate dai modelli di carico 11

12 Azioni sugli impalcati Categorie di ponti Sulla base dei carichi mobili ammessi al transito, i ponti stradali si suddividono in tre categorie: 1 categoria 2 categoria 3 categoria (passerelle pedonali) 12

13 Azioni sugli impalcati Definizione di superficie carrabile secondo NTC 2017 Ai fini delle NTC 2017, per larghezza della sede stradale del ponte si intende la distanza misurata ortogonalmente all asse stradale tra i punti più esterni dell impalcato. La sede stradale sul ponte è composta dalla piattaforma, eventualmente divisa da uno spartitraffico e composta dalle corsie e dalle banchine, dai cordoli e laddove previsti dai marciapiedi, a seconda dell importanza, della funzione e delle caratteristiche della strada. La superficie carrabile del ponte è composta dalla piattaforma e da eventuali marciapiedi sormontabili, di altezza inferiore a 20 cm e non protetti da barriere di sicurezza stradale o da altri dispositivi di ritenuta. I carichi verticali da traffico sono disposti su corsie convenzionali nell ambito della superficie carrabile. 13

14 Azioni sugli impalcati Carichi da traffico larghezza carrabile (w) larghezza carrabile (w) larghezza carrabile (w) 14

15 Azioni sugli impalcati Definizione di larghezza carrabile secondo NTC 2017 Inoltre, se la superficie dell impalcato è divisa in due parti da uno spartitraffico centrale: Se le parti sono separate da una barriera di sicurezza fissa la superficie del ponte è suddivisa in due zone carrabili ognuna delle quali si estende tra i limiti interni dei sistemi di ritenuta veicolari w w w w 15

16 Azioni sugli impalcati Definizione di larghezza carrabile secondo NTC 2017 Se la superficie dell impalcato è divisa in due parti da uno spartitraffico centrale: Se le parti sono separate da barriere di sicurezza mobili la carreggiata si estende trai limiti interni dei sistemi di ritenuta esterni della strada w w 16

17 Azioni sugli impalcati Corsie convenzionali e aree rimanenti La larghezza carrabile è divisa in corsie convenzionali e aree rimanenti Larghezza di carreggiata (w) Numero di corsie convenzionali (n e ) Larghezza corsia convenzionale Larghezza zona rimanente w < 5.40 m 1 3 m w m 5.4 w 6.0 m 2 w/ w n i = int(w/3) 3 m w- (3.00 n i ) La corsia convenzionale non coincide (a meno di eccezioni) con la corsia stradale 17

18 Azioni sugli impalcati Azioni variabili da traffico La normativa italiana definisce 6 schemi di carichi variabili da traffico da considerarsi per verifiche di tipo globale e locale. 18

19 Azioni sugli impalcati Azioni variabili da traffico Degli schemi di carichi variabili da traffico : Numero Causa Tipo verifica 1 Traffico veicolare Globale/Locale 2, 3, 4 Locale 5 Folla Globale 6 Traffico veicolare Globale 19

20 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 1 Schema di carico 1 E costituito da : carichi concentrati disposti su due assi in tandem e applicati su impronte di pneumatico di forma quadrata (0.40 m x 0.40 m). carichi uniformemente distribuiti asse asse Nota: Poiché i carichi da traffico sono carichi variabili, essi sono posizionati in modo tale da ottenere gli effetti più sfavorevoli ai fini delle verifiche da eseguire 20

21 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 1 Carico tandem E unico per corsia convenzionale e va considerato per intero. Nelle analisi globali (ad esempio, per la determinazione degli effetti sulle travi), ogni asse tandem deve essere assunto viaggiante centralmente lungo l asse della corsia convenzionale. Nelle analisi locali (ad esempio, per la determinazione degli effetti sulla soletta), due assi tandem di due corsie convenzionali vicine possono essere ravvicinati ma con una distanza tra gli assi non inferiore a 50 cm. Carico distribuito E applicato solo nelle parti sfavorevoli della superficie d influenza, longitudinalmente e trasversalmente 21

22 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 1 Nota: La corsia convenzionale che fornisce gli effetti più sfavorevoli per la verifica strutturale è etichettata con il numero 1, seguita dalla numero 2, ecc. Q ik Q ik q ik Corsia convenzionale n w Corsia convenzionale n se w l Corsia convenzionale n.3 Area rimanente singolo pneumatico 22

23 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 1 Schema di carico 1 - ponti di 1 a categoria. Posizione Carico asse Q k [kn] q k [kn/m 2 ] Corsia n Corsia n Corsia n Altre corsie Schema di carico 1 - ponti di 2 a categoria. Posizione Carico asse Q k [kn] q k [kn/m 2 ] Corsia n Corsia n Corsia n Altre corsie

24 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 2 Schema di carico 2 E costituito da carichi concentrati disposti su un singolo asse e applicati su impronte di pneumatico di forma rettangolare (0.60 m x 0.35 m). E valido solo per verifiche locali e va considerato autonomamente con asse longitudinale nella posizione più gravosa. Qualora sia più gravoso, si 200 kn considera il peso di una singola ruota di 200 kn. 200 kn Direzione dell asse 2.00 longitudinale del ponte 200 kn kn Carico asse = 400 kn

25 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 2 L Eurocodice 1 stabilisce, inoltre, che in prossimità di giunti di dilatazione debba essere considerato un coefficiente di amplificazione dinamica aggiuntivo pari a: Δφ = 1.30 (1 D 26 ) 1 dove D è la distanza in m della sezione trasversale in esame dal giunto di dilatazione 25

26 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 3 Schema di carico 3 E costituito da un carico isolato di 150 kn con impronta quadrata di lato 0.40 m. 150 kn E valido per verifiche locali in marciapiedi non protetti da sicurvia. (guardrail)

27 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 4 Schema di carico 4 E costituito da un carico isolato di 10 kn con impronta quadrata di lato 0.10 m. 10 kn E valido per verifiche locali in marciapiedi protetti da sicurvia e sulle passerelle pedonali. (guardrail)

28 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 5 Schema di carico 5 E costituito dalla folla compatta agente con intensità nominale - comprensiva degli effetti dinamici - di 5.0 kn/m 2 (il valore di combinazione è di 2.5 kn/m 2 ) Il carico folla deve essere applicato su tutte le zone significative della superficie d influenza, inclusa l aria dello spartitraffico centrale, ove rilevante. q=5.00 kn/m²

29 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico schema di carico 6 Schema di carico 6 In assenza di studi specifici ed in alternativa al modello di carico 1, generalmente cautelativo, per opere di luce maggiore di 300 m, ai fini della statica complessiva del ponte, si può far riferimento ai carichi: q L,a = ( 1 / L ) 0.25 [kn/m] q L,b = ( 1 / L ) 0.25 [kn/m] q L,c = ( 1 / L ) 0.25 [kn/m] essendo L la lunghezza della zona caricata. q L,a il carico sulla corsia n.1 q L,b il carico sulla corsia n.2 q L,c il carico sulla corsia n.3 Sull area rimanente si considera un carico distribuito di intensità 2.5 kn/m 2. I carichi q L,a,q L,b e q L,c si dispongono in asse alle rispettive corsie convenzionali. 29

30 Azioni variabili da traffico Verifiche locali (solette, marciapiedi, ecc ) I carichi concentrati da considerarsi ai fini delle verifiche locali ed associati agli schemi 1, 2, 3 e 4 si assumono uniformemente distribuiti sulla superficie della rispettiva impronta. La diffusione attraverso la pavimentazione e lo spessore della soletta si considera avvenga secondo un angolo di 45, fino al piano medio della struttura della soletta sottostante. Nel caso di piastra ortotropa la diffusione va considerata fino al piano medio della lamiera superiore dell impalcato. 30

31 AZIONI VARIABILI DA TRAFFICO (azione longitudinale di frenamento o di accelerazione) 31

32 Azioni variabili da traffico Azione longitudinale di frenamento o di accelerazione La forza di frenamento o di accelerazione è funzione del carico verticale totale agente sulla corsia convenzionale n.1 Ⱶ Ⱶ Ponti di 1 a categoria 180 kn 0.6 (2 Q ) 0.10 q W L 900 kn 1K 1K 1 Ponti di 2 a categoria 144 kn 0.6 (2 Q ) 0.10 q W L 900 kn 1K 1K 1 dove w 1 è la larghezza della corsia convenzionale n.1 e L è la lunghezza caricata. La forza, applicata a livello della pavimentazione, ed agente lungo l asse della corsia, è assunta uniformemente distribuita sulla lunghezza caricata. 32

33 AZIONI VARIABILI DA TRAFFICO (azione centrifuga) 33

34 Azioni variabili da traffico Azione centrifuga Nei ponti con asse curvo, l azione centrifuga corrispondente ad ogni colonna di carico si valuta in funzione di Q v = Σ2Q 1K. Il carico è applicato a livello della pavimentazione ad agisce in direzione normale all asse del ponte. La forza è concentrata in una qualunque sezione trasversale dell impalcato. Raggio di curvatura R (m) Q 4 (kn) R < Q v 200 R Q v /R R Q v = Σ2Q ik = carico totale degli assi tandem dello schema di carico 1 34

35 COMBINAZIONE DELLE AZIONI VARIABILI DA TRAFFICO 35

36 Azioni variabili da traffico Combinazioni di carico Ai fini della determinazione dei valori caratteristici delle azioni dovute al traffico si dovranno considerare alcune combinazioni. 36

37 Azioni variabili da traffico Combinazioni di carico Gruppo di azioni 1 2a 2b 3 [*] 4 [**] 5 [***] Modello principale (sch. 1, 2, 3, 4, 6) Valore caratteristico Valore frequente Valore frequente da definirsi per progetto Carichi sulla carreggiata Carichi sui marciapiedi e piste ciclabili Carichi verticali Carichi orizzontali Carichi verticali Veicoli speciali Valore caratter. Folla (schema di carico 5) Forza di frenamento Forza centrifuga Carico uniformemente distribuito Schema 5 con valore di comb. 2.5 kn/m 2 Valore caratter. Valore caratter. Schema 5 con valore caratter. 5.0 kn/m 2 Schema 5 con Schema 5 con valore caratt. valore caratter. 5.0 kn/m kn/m 2 [*] ponti pedonali [**] da considerare solo se richiesto dal particolare progetto (ad es. ponti in zona urbana) [***] da considerare solo se si considerano veicoli speciali 37

38 Azioni variabili Esempi di disposizione del gruppo di azioni n.1 Ponte di categoria 1 corsia convenzionale n.1 n.2 n.3 zona rimanente schema n.5 condizione di massima azione verticale sulle sottostrutture condizione di massima eccentricità sulle sottostrutture 38

39 Azioni Coefficienti parziali di sicurezza Coefficiente EQU [1] STR GEO Carichi permanenti Carichi permanenti non strutturali [2] Carichi variabili da traffico Carichi variabili Distorsioni e presollecitazioni di progetto Ritiro e viscosità. Variazioni termiche. Cedimenti vincolari favorevole g sfavorevole G favorevole g sfavorevole G favorevole g sfavorevole Q favorevole g sfavorevole Qi favorevole g sfavorevole e [3] 1.00 [4] 1.00 favorevole g e2, g e3, g sfavorevole e [1] Equilibrio che non coinvolga i parametri di deformabilità e resistenza del terreno; altrimenti si applicano i valori di GEO. [2] Nel caso in cui i carichi permanenti non strutturali (ad es. carichi permanenti portati) siano compiutamente definiti si potranno adottare gli stessi coefficienti validi per le azioni permanenti. [3] 1.30 per instabilità in strutture con precompressione esterna [4] 1.20 per effetti locali 39

40 Azioni variabili Coefficienti y per le azioni variabili per ponti Azioni da traffico Vento Neve Azioni Gruppi di azioni y 0 y 1 y 2 Schema 1 (Carichi tandem) Schema 1, 5 e 6 (Car. distribuiti) Schema 3 e 4 (Carichi concentr.) Schema Ponte scarico SLU e SLE Esecuzione Ponte carico SLU e SLE SLU e SLE Esecuzione Temperatura SLU e SLE

41 AZIONI SU RILEVATI E TERRAPIENI 41

42 Azioni variabili da traffico Rilevati e terrapieni adiacenti al ponte Ai fini del calcolo delle spalle, dei muri d ala e delle altre parti del ponte a contatto con il terreno, sul rilevato o sul terrapieno, si può considerare applicato lo schema di carico n.1 in cui, per semplicità, i carichi tandem possono essere sostituiti da carichi uniformemente distribuiti equivalenti, applicati su una superficie larga 3.0 m e lunga 2.20 m. In un rilevato correttamente consolidato si può assumere una diffusione del carico di

43 Azioni variabili da traffico Rilevati e terrapieni adiacenti al ponte Per i muri paraghiaia si deve considerare un azione longitudinale di frenamento, applicata alla testa del muro paraghiaia di valore caratteristico pari al 60% del carico asse Q. Pertanto: in ponti di 1 categoria il carico orizzontale è di 180 kn concomitante con un carico verticale di 300 kn, in ponti di 2 categoria il carico orizzontale è di 144 kn concomitante con un carico verticale di 240 kn. negli altri casi (spalle, muri d ala, etc.) non si considerano azioni orizzontali da traffico sui rilevati o sui terrapieni. 43

44 AZIONI SUI PARAPETTI 44

45 Azioni variabili da traffico Azione sui parapetti L altezza dei parapetti non potrà essere inferiore a 1.10 m. I parapetti devono essere verificati sulla base di un azione orizzontale di 1.5 kn/m applicata al corrimano. 1.5 kn/m 1.10 m tratto da: NTC

46 AZIONI DA URTO 46

47 Azioni variabili Altre azioni (azioni idrauliche, urti di veicoli, ecc) Azioni dovute a: Collisioni da veicoli Collisioni da imbarcazioni Caduta di rocce o frane (non prese in esame nella normativa) 47

48 Azioni da urto Classificazione Le azioni da urto sono classificate, sulla base degli effetti che possono produrre sulle costruzioni, in tre categorie: Ⱶ Ⱶ Ⱶ Effetti trascurabili sulle strutture Effetti localizzati su parte delle strutture Effetti generalizzati sulle strutture Le azioni devono essere applicate se le relative conseguenze appartengono alle categorie 2 o 3. 48

49 Azioni da urto Urti da traffico veicolare (sotto ponte) Nelle verifiche si possono considerare, agenti non simultaneamente, due azioni nelle direzioni parallela (F d,x ) e ortogonale (F d,y =0.50F d,x ) alla direzione di marcia normale. In assenza di determinazioni più accurate, si possono adottare le seguenti forze statiche equivalenti Tipo di strada Tipo di veicolo Forza F d,x [kn] autostrade, extraurbane locali urbane Aree di parcheggio e autorimesse Automobili 50 Veicoli destinati al trasporto di merci, aventi massa massima superiore a 3.5 t

50 Azioni da urto Urti da traffico veicolare (sotto ponte) Per urti di automobili su strutture verticali, la forza di collisione deve essere applicata 0.50 m al di sopra della superficie di marcia. L area di applicazione è pari a 0.25 m (altezza) per il minimo tra 1.50 m e la larghezza della membratura (larghezza). Per urti di camion su membrature verticali, la forza di collisione deve essere applicata a 1.25 m al di sopra della superficie di marcia. L area di applicazione è 0.50 m (altezza) per il minimo tra 1.50 m e la larghezza della membratura (larghezza) 50

51 Azioni da urto Urti da traffico veicolare (sotto ponte) Nel caso di strutture orizzontali al di sopra della strada, la forza di collisione è applicata sulle superfici verticali ed è di intensità pari a r F d,x dove r = 1 per altezza del sottovia fino a 5 m, decresce linearmente da 1.0 a 0 per altezze tra 5 e 6 m. Sull intradosso si devono considerare gli stessi carichi ma con un inclinazione di 10 verso l alto. L area di applicazione è di 0.25 m x 0.25 m. 51

52 Azioni da urto Urti da traffico veicolare (sopra i ponti) Al fine di garantire il rispetto del requisito di resistenza meccanica e stabilita, si potranno utilizzare solo dispositivi di ritenuta stradale in possesso di idonea qualificazione ai sensi della normativa comunitaria o nazionale applicabile. Si può tener conto delle forze causate da collisioni accidentali attraverso una forza orizzontale equivalente di collisione H distribuita su una lunghezza di 0.50 m e di una forza verticale Qv. 52

53 Azioni da urto Urti da traffico veicolare (sopra i ponti) In assenza di valutazioni particolari, il sistema di forze orizzontali può essere determinato con riferimento alla resistenza caratteristica degli elementi strutturali principali coinvolti nel meccanismo d insieme della barriera La forza H deve essere considerata agente trasversalmente ed orizzontalmente, applicata dal piano viario alla minore delle altezze h 1 ed h 2 dove h 1 = altezza della barriera 0.10 m h 2 = 1.00 m. Qv Qv 100 mm H 1 m H Per il dimensionamento dell impalcato, le forze orizzontali così determinate devono essere amplificate di un fattore pari a

54 Azioni da urto Urti di imbarcazioni Si possono considerare, agenti non simultaneamente, due azioni nelle direzioni parallela (F d,x ) e ortogonale (F d,y = 0.50F d,x ) alla direzione del moto dell imbarcazione. L azione tangenziale dovuta all attrito agente simultaneamente all azione F d,y vale F r = 0.40F d,y In assenza di determinazioni più accurate, le forze statiche equivalenti per imbarcazioni marittime sono date in tabella Classe imbarcazione Lunghezza [m] Massa a pieno carico [t] Forza F d,x [kn] Piccola Media Grande Molto grande

55 Azioni da urto Urti di imbarcazioni Nei porti le forze di collisione possono essere ridotte del 50 %. Se L è la lunghezza dell imbarcazione, in sede di progetto, il punto di impatto più sfavorevole può essere preso nell intervallo compreso tra 0.05L sotto e 0.05L sopra il livello dell acqua. L area di impatto è di 0.05L in verticale e 0.1L in orizzontale. Per imbarcazioni naviganti in acqua interne le forze statiche equivalenti possono essere ricavate sulla base di studi di comprovata validità. 55

56 Principali riferimenti Aggiornamento delle Norme Tecniche per le Costruzioni. D.M. 17 gennaio 2018 pubblicato sul Supplemento ordinario alla Gazzetta Ufficiale n. 42 del 20 febbraio Serie generale Istruzioni per l applicazione dell «Aggiornamento delle Norme tecniche per le costruzioni» di cui al decreto ministeriale 17 gennaio Circolare 21 gennaio 2019 n. 7 del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici pubblicata sul Supplemento ordinario alla Gazzetta Ufficiale n. 35 del 11 febbraio Serie generale Calgaro J.A., M. Tschumi, Gulvanessian H. Designer s Guide to Eurocode 1: Actions on bridges. EN , EN ,-1-3 to -1-7 and EN 1990 Annex A Editore Thomas Telford ISBN:

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