Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 1

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Sergio Puglisi
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1 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 1 VALUTAZIONE ANALITICA RELATIVA ALLA POSA IN OPERA DEL SISTEMA DI CAVALLOTTI PREVISTO NELLA CASSERATURA DELL ARCO ROVESCIO ALLA BASE DELLA GALLERIA ARTIFICIALE GORLA presso l Autostrada Pedemontana Lombarda, tratto Dalmine-Como-Varese-Valico del Gaggiolo. PREMESSA... 1 RILIEVO DELLO STATO DI FATTO... 4 MODELLAZIONE AGLI ELEMENTI FINITI... 6 Risultati dell Analisi... 8 Modellazione con REALI condizioni di posa in opera dei cavallotti... 9 Modellazione con condizioni di posa in opera DI PROGETTO CONCLUSIONI PREMESSA La presente relazione viene redatta con lo scopo di analizzare l efficacia della posa in opera del sistema di cavallotti metallici previsto nella casseratura dell arco rovescio alla base della Galleria Artificiale Gorla, presso l Autostrada Pedemontana Lombarda, tratto Dalmine-Como-Varese-Valico del Gaggiolo. La struttura in fase di costruzione consiste in una galleria artificiale prefabbricata che prevede una realizzazione per fasi successive con getti di completamento in c.a. in opera. Nello specifico si evidenzia la necessità di un analisi numerica al fine di valutare l effettiva causa del collasso della struttura, e l eventuale correlazione con la tipologia di posa in opera dei cavallotti metallici previsti in fase di progetto. Si riportano di seguito alcune immagini che aiutano a comprendere il meccanismo di collasso verificatosi.

2 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 2 Figura 1: Vista d insieme del meccanismo di collasso. Figura 2: Vista d insieme del meccanismo di collasso.

3 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 3 Figura 3: Dettaglio del vincolo alla base del cavallotto tipo posato in opera. Figura 4: Dettaglio di un cavallotto tipo con piedini nel piano dello stesso.

4 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 4 Si riporta inoltre la posa in opera dei cavallotti così come prescritta nella Relazione sul sistema di casseratura Arco rovescio galleria redatta dal Dott. Ing. Pierluigi Muschiato in data 08/08/2012. Per quanto concerne ulteriori informazioni circa le prescrizioni di posa della casseratura, le fasi di getto e le armature di progetto si rimanda alla suddetta relazione. Figura 5: Disposizione dei cavallotti come da progetto Ing. Muschiato. RILIEVO DELLO STATO DI FATTO Dal rilievo dello stato di fatto attuale si è determinata la reale disposizione dei cavallotti posati in opera al fine di effettuare verifiche veritiere sugli stessi. Figura 6: Ricostruzione dell effettivo posizionamento dei cavallotti.

5 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 5 Ciascun cavallotto risulta quindi sollecitato da un area di influenza di circa (24x11)/(20x5)=2,64 m 2. Il rilievo ha evidenziato una posa in opera dei cavallotti non efficace. I piedini dei cavallotti risultano infatti complanari ai bracci degli stessi (Figura 4), ed alle barre di armatura a cui sono ancorati alla base ed in testa, e sono fissati agli stessi mediante gancetti metallici che ne assicurano un vincolo assimilabile ad una cerniera. Uno schema statico di questo genere comporta un intrinseca labilità ed un incapacità a resistere ad azioni orizzontali ortogonali al piano dei cavallotti stessi. Il meccanismo di crisi verificatosi conferma queste considerazioni. Al fine di conferire un evidenza oggettiva di quanto anticipato si procede ad una modellazione agli elementi finiti delle due reti di armatura, rispettivamente superiore ed inferiore, e dei cavallotti posti secondo la loro effettiva disposizione. Nello specifico si modellerà il concio di armatura interessata dalle operazioni di getto, come indicato in Figura 7 dall area campita attraverso il colore giallo, alla quale si applicheranno le sollecitazioni derivanti dalle due fasi di getto. Nello specifico si è scaricata la prima autobetoniera al centro circa dell arco rovescio (10 m3) e successivamente la seconda in prossimità della casseratura lato valle, per un totale di circa 2-3 m3, a seguito dei quali è avvenuto il crollo della gabbia di armatura dell arco rovescio e della relativa casseratura. I due volumi di calcestruzzo gettati sono riportati in Figura 7, a livello schematico, ed in Figura 8. La modellazione verrà effettuata sia con le effettive condizioni di vincolo, sia in condizione di posa di progetto (come da citata relazione dell Ing. Muschiato), al fine di evidenziarne i diversi comportamenti. Figura 7: Porzione della gabbia di armature e dei cavallotti modellata.

6 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 6 Figura 8: Situazione modellata: stato di fatto. MODELLAZIONE AGLI ELEMENTI FINITI Il codice di calcolo adottato è Enexsys Winstrand prodotto dalla En.Ex.Sys. s.r.l. di Casalecchio di Reno (BO). Come richiesto al punto 10.2 del D.M. 14/01/2008, si precisa che l attendibilità del programma di calcolo è stata accertata dal progettista tramite prove e confronti di massima; si può quindi affermare che tale codice fornisce risultati corretti e congruenti. Nelle seguenti figure è rappresentato il modello tridimensionale agli elementi finiti sviluppato mediante elaboratore, nonché gli schemi statici e i principali stati di deformazione degli elementi strutturali. In Figura 9 è riportato lo schema complessivo del modello di calcolo in cui le barre di armatura della rete superiore ed inferiore sono state modellate attraverso elementi beam con le effettive dimensioni degli elementi strutturali prescritte in sede di progetto (Figura 10), ed i cavallotti sono modellati sempre attraverso elementi beam tenendo in considerazione le effettive condizioni di vincolo alla base ed in testa (Figura 11).

7 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 7 Figura 9: Vista complessiva del Modello agli Elementi Finiti. Figura 10: Particolare modello armatura superiore e inferiore. Figura 11: Particolare modello dei cavallotti.

8 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 8 Per quanto concerne le azioni considerate si tratta il calcestruzzo all atto del getto come un fluido viscoso, la cui azione sui cavallotti viene assunta in favore di sicurezza come la spinta idrostatica nella direzione di slittamento, adeguatamente moltiplicata per l effettiva area di influenza di ciascun cavallotto interessato. In Figura12 si riporta uno stralcio del modello di calcolo in cui si evidenziano le spinte idrostatiche inserite in input come sollecitazioni ai cavallotti, secondo le reali aree di influenza. Figura 12:Carichi applicati. Risultati dell Analisi Sono state effettuate due modellazioni: 1. Effettive condizioni di posa: vincolo alla base dei cavallotti con effettiva rigidezza rotazionale; 2. Condizioni di posa di progetto: vincolo alla base dei cavallotti ad incastro. Si specifica che si è modellata la rete di armatura inferiore attraverso un vincolo ad incastro, al fine di apprezzare meglio gli spostamenti relativi tra la testa ed il piede dei cavallotti.

9 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 9 Modellazione con REALI condizioni di posa in opera dei cavallotti In Figura 13 si riporta la configurazione deformata ottenuta dal programma di calcolo, per la porzione più a valle del concio gettato e pervenuto a collasso per ribaltamento. Figura 13: Configurazione deformata. A seguito dei carichi applicati il modello di calcolo fornisce spostamenti relativi tra la testa ed il piede dei cavallotti di circa 360,37 cm. Si sottolinea come tale valore sia indicativo, essendo l analisi svolta in campo elastico. Nella realtà infatti, superato un valore soglia di rotazione del cavallotto, si innesca un meccanismo che porta al repentino collasso della struttura per ribaltamento. L evidenza riscontrata nella realtà conferma appieno tale risultato numerico.

10 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 10 Modellazione con condizioni di posa in opera DI PROGETTO In Figura 14 si riporta la configurazione deformata ottenuta dal programma di calcolo, per la porzione più a valle del concio gettato e pervenuto a collasso per ribaltamento. Figura 14: Configurazione deformata. A seguito dei carichi applicati il modello di calcolo fornisce spostamenti relativi tra la testa ed il piede dei cavallotti di circa 11,92 cm. Tale risultato, comparato con l altezza dei cavallotti di circa 1,02 m, mostra una certa resistenza anche nei confronti di azioni orizzontali nel piano ortogonale a quello dei cavallotti.

11 Ing. Andrea Perazzini e Ing. Christian Pierini 11 CONCLUSIONI L analisi numerica effettuata mostra chiaramente che una corretta posa in opera dei cavallotti avrebbe incrementato sostanzialmente la resistenza del sistema complessivo di armatura nei confronti di azioni orizzontali ortogonali al piano dei cavallotti, garantendo la stabilità complessiva dell opera durante le fasi di getto. La posa in opera dei cavallotti con i piedi nel piano degli stessi ha infatti comportato una loro funzione unicamente quali distanziatori delle due reti di armatura, ma nessun apporto di resistenza nei confronti delle azioni che hanno generato il collasso della struttura. L influenza di questo aspetto non può quindi essere trascurata nell identificazione delle cause che hanno portato a tale collasso. Una disposizione in pianta dei cavallotti non del tutto conforme a quella prescritta in fase di progetto, in termini di numero e di regolarità, ha poi certamente aggravato la situazione. Rimini, 12/12/2012 Il Tecnico Ing. Christian Pierini

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