Lezione PONTI E GRANDI STRUTTURE. Prof. Pier Paolo Rossi Università degli Studi di Catania

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

2 Azioni variabili da traffico

3 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 3

4 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. 4

5 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 5

6 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) 6

7 Azioni sugli impalcati Definizione di carreggiata Le azioni variabili da traffico si applicano all impalcato del ponte. A tal riguardo, si definisce carreggiata la distanza tra i cordoli o tra i limiti interni di sistemi di ritenuta veicolari. 7

8 Azioni sugli impalcati Definizione di carreggiata 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 carreggiate ognuna delle quali si estende tra i limiti interni dei sistemi di ritenuta veicolari w w 8

9 Azioni sugli impalcati Definizione di carreggiata 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 9

10 Azioni sugli impalcati Corsie convenzionali e aree rimanenti La larghezza della singola carreggiata è divisa in corsie convenzionali e aree rimanenti Larghezza di carreggiata (w) Numero di corsie convenzionali (n e ) Larghezza corsia convenzionale Larghezzazonarimanente w < 5.40 m 1 3 m w 3.00 m 5.4 w 6.0 m 2 w/ w int(w/3) 3 m w (3.00 n e ) La corsia convenzionale non coincide (a meno di eccezioni) con la corsia stradale 10

11 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. 11

12 Azioni sugli impalcati Azioni variabili da traffico Dei 6 schemi di carichi variabili da traffico : Numero Causa Tipo verifica 1, 2 Traffico veicolare Globale/Locale 3, 4 Locale 5 Folla Globale 6 Traffico veicolare Globale 12

13 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico Schema di carico 1 E costituito da carichi concentrati su due assi in tandem e da carichi uniformemente distribuiti. Il carico tandem è unico per corsia e va considerato per intero. E valido per verifiche sia globali sia locali Q ik Q ik q ik Corsia n w Corsia n se w l Corsia n.3 Area rimanente singolo pneumatico 13

14 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico 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

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

16 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: D 1.30(1 ) dove 1.00 D è la distanza in m della sezione trasversale in esame dal giunto di dilatazione 6.00 m D 16

17 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico 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)

18 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico 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)

19 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico 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

20 Azioni variabili da traffico Azioni verticali da traffico 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. 20

21 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. 21

22 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 La forza, applicata a livello della pavimentazione, ed agente lungo l asse della corsia, è assunta uniformemente distribuita sulla lunghezza caricata. 22

23 Azioni variabili da traffico Azione centrifuga Nei ponti con asse curvo l azione centrifuga corrispondente ad ogni colonna di carico si valuta convenzionalmente in funzione di Q v = Σ2Q 1K, ovvero del carico totale dovuto agli assi tandem dello schema di carico n.1. 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 23

24 Azioni variabili da traffico Combinazioni di carico Ai fini della determinazione dei valori caratteristici delle azioni dovute al traffico si dovranno considerare alcune combinazioni. 24

25 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) Frenature q 3 Forza centrifuga q 4 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 di 3 a categoria [**] da considerare solo se richiesto dal particolare progetto (ad es. ponti in zona urbana) [***] da considerare solo se si considerano veicoli speciali Ricorda che il valore frequente si ottiene moltiplicando il caratteristico 1, il valore quasi permanente per 2 25

26 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 sfavorevole G favorevole sfavorevole G favorevole sfavorevole Q favorevole sfavorevole Qi favorevole sfavorevole [3] 1.00 [4] 1.00 favorevole , 3, sfavorevole [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 26

27 Azioni variabili Coefficienti per le azioni variabili per ponti Azioni da traffico Azioni Gruppi di azioni EQU [1] STR GEO Schema 1 (Carichi tandem) Schema 1, 5 e Schema 3 e 4 (Carichi concentr.) Schema Ponte scarico SLU e SLE Vento Esecuzione Ponte carico 0.60 Neve SLU e SLE esecuzione Temperatura T k

28 Azioni su rilevati e terrapieni

29 Azioni variabili da traffico Rilevati e terrapieni adiacenti al ponte Ai fini delle parti del ponte a contatto con il terreno, nel 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

30 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. 30

31 Azioni su parapetti e sicurvia

32 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. 32

33 Azioni variabili da traffico Azione sui sicurvia I sicurvia e gli elementi ai quali sono collegati devono essere dimensionati in funzione della classe di contenimento richiesta per l impiego. La forza deve essere distribuita su 0.50 m ed applicata ad una quota dal piano viario pari alla minore tra h 1 e h 2 dove h 1 = altezza della barriera 0.10 m h 2 = 1.00 m. Nel progetto dell impalcato deve essere considerata una condizione di carico eccezionale nella quale alla forza orizzontale d urto su sicurvia si associa un carico verticale isolato sulla sede stradale costituito dallo schema di carico n.2 posizionato in adiacenza al sicurvia e disposto nella posizione più gravosa. 33

34 Azioni da urto

35 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) 35

36 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. 36

37 Azioni da urto Urti da traffico veicolare (sotto ponte) Le azioni hanno direzione parallela a quella del moto del veicolo al momento dell impatto. 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 1000 locali 750 urbane 500 Aree di parcheggio e autorimesse Automobili 50 Veicoli destinati al trasporto di merci, aventi massa massima superiore a 3.5 t

38 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 e la larghezza della membratura (larghezza). Per urti 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 e la larghezza della membratura (larghezza) 38

39 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. 39

40 Azioni da urto Urti da traffico veicolare (sopra i ponti) In assenza di specifiche prescrizioni, nel progetto dei ponti si può tener conto delle forze causate da collisioni accidentali attraverso una forza orizzontale equivalente di collisione di 100 kn distribuita su una lunghezza di 0.50 m. Essa 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. 40

41 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

42 Azioni da urto Urti di imbarcazioni Nei porti le forze di collisione possono essere ridotte del 50 %. Se L è la lunghezza dell imbarcazione, il punto di impatto più sfavorevole può essere preso nell intervallo compreso tra 0.05L sotto e 0.05L sopra il livello dell acqua in sede di progetto. 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. 42

43 Principali riferimenti Norme Tecniche per le Costruzioni. D.M. 14 gennaio 2008 pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 29 del 4 febbraio Suppl. Ordinario n. 30 Istruzioni per l applicazione delle Norme Tecniche per le Costruzioni. Circolare 2 febbraio 2009 pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 47 del 26 febbraio Suppl. Ordinario n. 27 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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