ADEGUAMENTO SISMICO DI PONTI E VIADOTTI

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1 ADEGUAMENTO SISMICO DI PONTI E VIADOTTI Ing. Emanuele De Angelis

2 SOMMARIO: Introduzione L ingegneria sismica tradizionale Dispositivi antisismici Alcuni esempi applicativi

3 INTRODUZIONE DANNI GENERATI DA TERREMOTI ALLE INFRASTRUTTURE DI TRASPORTO Esempio di collasso di perdita rottura della d appoggio a taglio cerniera della plastica pila Ponte Nishinomiya-ko Esempio Viadotto Viadotto di Gothic rottura Giappone, Wushi Avenue globale Terremoto Viadotto Kobe di della 1995 Chi Gothic Chi California Taiwan Avenue Terremoto viadotto della urbano California Hanshin 1994 Terremoto di Kobe, Giappone 1995

4 INTRODUZIONE PROGETTAZIONE SISMICA: il concetto L obiettivo della progettazione delle strutture sotto sisma consiste nel rispettare la seguente disequazione: CAPACITA è data dalle caratteristiche di rigidezza, resistenza e duttilità della struttura CAPACITA > DOMANDA DOMANDA è data dall evento sismico Ee + Ek + Ed > Ei

5 INGEGNERIA SISMICA TRADIZIONALE La struttura deve essere in grado di dissipare da sola la maggior quantità possibile di energia All atto del sisma si deve formare il maggior numero possibile di cerniere plastiche Si basa sul concetto di duttilità, una sufficiente duttilità garantisce che la struttura non crolli, anche se danneggiata.

6 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: Incrementando il periodo fondamentale della struttura Per dispositivi antisismici si intendono gli elementi che contribuiscono a modificare la risposta sismica di una struttura. Incrementando la dissipazione di energia Modificando la forma dei modi di vibrare

7 TIPI DI DISPOSITIVI DISPOSITIVI ANTI SISMICI: Collegamenti Isolatori Permanenti Temporanei Aumento periodo della struttura Dissipatori Dissipano energia

8 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: COLLEGAMENTI: Servono per bloccare o limitare gli spostamenti degli impalcati, la progettazione della struttura viene eseguita con il metodo tradizionale PERMANENTI TEMPORANEI Guide o slitte Ritegni Dispositivi di vincolo dinamico Shock Transmitters

9 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: COLLEGAMENTI PERMANENTI :GUIDE E SLITTE Sono dispositivi meccanici che consentono lo scorrimento in una direzione del piano orizzontale, trasmettendo la forza nella direzione ortogonale. Vengono dimensionati per una azione orizzontale ed uno scorrimento ad essa perpendicolare

10 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: COLLEGAMENTI PERMANENTI : RITEGNI Sono dispositivi meccanici fissi che bloccano gli spostamenti nel piano trasmettendo la forza orizzontale in ogni direzione. Cassone Ritegno Sismico Pila

11 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: COLLEGAMENTI TEMPORANEI: SHOCK TRANSMITTERS Dispositivi di vincolo assiale, cioè agisce in una sola direzione. Consentono spostamenti a bassa velocità es. scorrimenti per variazione di temperatura Impediscono gli spostamenti ad alta velocità es. azioni indotte da terremoti

12 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: COLLEGAMENTI TEMPORANEI: SHOCK TRANSMITTERS

13 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: ESEMPIO DI SCHEMA APPLICATIVO SU IMPALCATO CONTINUO Appoggi mobili CONNESSIONE Appoggi mobili Spalla Sx Spalla Dx Pila 1 Pila 2 Pila 3 Pila 4 Pila 5

14 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: ESEMPIO DI SCHEMA APPLICATIVO SU IMPALCATO CONTINUO Appoggi mobili CONNESSIONE Appoggi mobili Spalla Sx Spalla Dx Pila 1 Pila 2 Pila 3 Pila 4 Pila 5

15 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: ISOLATORI SISMICI: Consiste nella sconnessione dell impalcato dalle pile e/o dalle spalle. Equivale ad incrementare il periodo proprio di oscillazione della struttura Traslazione del periodo Riduzione dell accelerazione Traslazione del periodo Aumento Degli spostamenti

16 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: ISOLATORI SISMICI: Consiste nella sconnessione dell impalcato dalle pile e/o dalle spalle. Equivale ad incrementare il periodo proprio di oscillazione della struttura

17 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: Dissipazione energetica: Questi dispositivi limitano le accelerazioni trasmesse alla struttura, riducendo cosi lo stato tensionale di alcuni elementi. Nei ponti la dissipazione è sempre associata all isolamento Traslazione degli spettri DISSIPATORI SISMICI: Traslazione degli spettri Riduzione dell accelerazione Riduzione Degli spostamenti

18 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: DISSIPATORI SISMICI VISCOSI: I dissapori viscosi sono dispositivi in cui la laminazione di un fluido attraverso un idoneo circuito idraulico permette la dissipazione di energia Forza Coeff. Di smorzamento viscoso Velocità

19 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: DISSIPATORI ISTERETICI: Sfruttano come fonte di dissipazione di energia la plasticizzazione di elementi in acciaio di opportuna forma. Gli elementi più usati sono quelli a falce di luna e a piombo Diagramma Forza spostamento Indipendente dalla velocità

20 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: DISSIPATORI ISTERETICI:

21 DISPOSITIVI ANTI SISMICI: DISSIPATORI ISTERETICI:

22 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Pianta Prospetto longitudinale

23 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Si è proceduto innanzitutto alla verifica dello stato attuale sottoposto alle azioni sismiche di progetto fornite dalla vigente normativa. Sotto tali azioni di progetto i dispositivi di appoggio non sono in grado di trasferire le azioni alla sottostruttura. Volendo poi valutare comunque la resistenza della sottostruttura si è visto che neanche questa è in grado di resistere ai momenti flettenti generati dall azione sismica.

24 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile - Verifica stato attuale Nello stato attuale il viadotto presenta uno schema statico di tipo appoggiato appoggiato. Gli appoggi sono di tipo fisso-mobile su ogni campata. Per tale configurazione su ogni elemento in elevazione viene trasmessa una azione sismica orizzontale, sia in senso longitudinale che trasversale. Massa del sistema: Massa dell impalcato K= Rigidezza della pila + la massa parte della pila 3* I K H * E 3 pila c

25 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile - Verifica stato attuale Spettro di progeto del sito Dal periodo si è ottenuto un accelerazione e quindi una forza in testa pila Verifica non soddisfatta

26 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Risulta la necessità di effettuare una serie di interventi mirati a diminuire le azioni trasmesse dalle masse eccitate alle sottostrutture nonché a rinforzare gli elementi strutturali. solidarizzazione della soletta di impalcato; sostituzione degli apparecchi di appoggio; installazione di dispositivi antisismici; realizzazione di manufatto di contrasto a tergo delle spalle; solidarizzazione trasversale degli impalcati delle due carreggiate; rinforzo delle pile.

27 acceleration (m/s^2) accelerazione (m/s^2) acceleration (m/s^2) ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento L analisi condotta è di tipo dinamica non lineare, svolta considerando 7 accelerogrammi spettro compatibili ACCELEROGRAM SPECTRUM COHERENCE Acc elerogramma 2 Project spectrum Medium spectrum 0.9*project spectrum 1.1*project spectrum time (sec) tempo (sec) period (sec)

28 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Nella direzione longitudinale l intero impalcato è vincolato alle spalle con dispositivi dissipatori orizzontali disposti tra la testata delle travi e il manufatto di contrasto posto a tergo delle spalle. Nella direzione trasversale su ogni pila sono disposti dispositivi dissipatori. Solidarizzazione solidarizzazione della soletta di impalcato e sostituzione appoggi Cassone Sostituzione appoggi

29 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Dispositivi antisismici sulle pile Appoggi Dispositivi Appoggi Dispositivi

30 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Dispositivi antisismici sulle spalle Dispositivi Contrasto

31 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Solidarizzazione trasversale Solidarizzazione trasversale

32 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Solidarizzazione trasversale

33 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Rinforzo pile SECTION A-A A A

34 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Rinforzo pile SECTION B-B B B

35 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Rinforzo pile SECTION C-C C C

36 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento Rinforzo pile SECTION D-D D D

37 ALCUNE APPLICAZIONI: Impalcato appoggiato sulle pile Intervento di adeguamento ALLA FINE DELL INTERVENTO IL VIADOTTO RISULTA ESSERE IN GRADO DI RESISTERE ALLE AZIONI SISMICHE PREVISTE DALLE VIGENTI NORMATIVE

38 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO Il Semiviadotto Monte Spicchio è ubicato alla progr. Km nel tratto Vado Firenze Nord della carreggiata destra dell'autostrada A1 MILANO-NAPOLI.

39 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO L opera è costituita da n 5 campate di luce pari a 16.80m per una lunghezza complessiva di m. L andamento planimetrico è curvilineo con raggio di curvatura pari a 400m. Lo schema strutturale è ad archi in muratura (calcestruzzo non armato) poggiante su setti anch essi in muratura (calcestruzzo non armato). Gli archi hanno raggio di 7.50m, spessore pari a 0.80m Prospetto

40 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO Nell intervento di adeguamento sismico, si decide di introdurre n 2 setti in c.a. di spessore 30 cm in corrispondenza della campata n 3. Tali setti hanno il compito di resistere all azione sismica orizzontale e sgravare da tale compito le pile. Due travi di sommità e tiranti sulle spalle Prospetto Tiranti Travi di sommità Setti Tiranti

41 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO Per lo studio del Semiviadotto si è utilizzato un modello tridimensionale costituito da elementi di tipo beam in cui i vari elementi sono schematizzati con le sezioni reali. Nel modello gli archi, i timpani e il riempimento sono stati schematizzati nella loro reale posizione. In tale modo le masse in gioco sono applicate nel baricentro di ogni elemento così da cogliere esattamente le sollecitazioni indotte nelle sottostrutture

42 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO L analisi svolta è un analisi di tipo dinamica lineare con spettro di risposta. Spettro di progetto utilizzato

43 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO L analisi svolta è un analisi di tipo dinamica lineare con spettro di risposta. Deformata longitudinale della struttura Deformata trasversale della struttura Andamento dello sforzo normale sugli archi

44 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO Setti Pila 2 Pila 3 Setti Armati con F24 a 30cm verticali e con F16 a 30cm orizzontali

45 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO Travi di coronamento Trave di coronamento 80cm x 17cm Armati con F24 e staffe F 8 a 20cm

46 Tiranti spalla ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO I tiranti in corrispondenza delle spalle hanno una lunghezza di 30.00m, hanno interasse pari a 2.00m, sono composti da n 4 cavi da 1/2" ognuno e hanno inclinazione di 10 rispetto all orizzontale.

47 ALCUNE APPLICAZIONI: IL SEMIVIADOTTO MONTE SPICCHIO ALLA FINE DELL INTERVENTO IL SEMIVIADOTTO RISULTA ESSERE IN GRADO DI RESISTERE ALLE AZIONI SISMICHE PREVISTE DALLE VIGENTI NORMATIVE

48 GRAZIE PER L ATTENZIONE