Vulnerabilità sismica dei ponti ferroviari. Convegno CIFI Padova 24/05/2013

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1 Vulnerabilità sismica dei ponti ferroviari Convegno CIFI Padova 24/05/2013

2 Quadro normativo di riferimento O.P.C.M. n 3274 del 20/03/2003: "Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica" Art. 2 comma 3: È fatto obbligo di procedere a verifica, da effettuarsi a cura dei rispettivi proprietari, ai sensi delle norme di cui ai suddetti allegati, sia degli edifici di interesse strategico e delle opere infrastrutturali la cui funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di protezione civile, sia degli edifici e delle opere infrastrutturali che possono assumere rilevanza in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso 1

3 Quadro normativo di riferimento D.P.C.M. del 21/10/2003 Verifiche richieste Disposizioni attuative dell'art. 2, commi 2, 3 e 4, dell'ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n 3274 del 20 marzo 2003, recante "Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica" Verifiche di LIVELLO 1 o 2 Verifiche di LIVELLO 0 Il primo livello di verifica prevede unicamente l'acquisizione di dati sommari sull'opera ed è applicabile in modo sistematico a tutte le tipologie individuate La verifica di livello 1 si applica agli edifici ed opere ad alta priorità, che possano essere definiti regolari, che non siano stati attribuiti a categorie di suolo S1 o S2 e che non siano realizzati in prossimità di dirupi o creste o su corpi franosi. La verifica di livello 2 si applica ad edifici ed opere ad alta priorità, in tutti i casi in cui non è prevista la possibilità di limitarsi al livello 1 2

4 Quadro normativo di riferimento D.P.C.M. del 21/10/2003 Oggetti delle verifiche Edifici ed opere infrastrutturali di interesse strategico di competenza statale la cui funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di protezione civile Edifici ospitanti funzioni di comando, supervisione e controllo, sale operative, strutture ed impianti di trasmissione, banche dati, strutture di supporto logistico per il personale operativo ed adibite all attività logistica di supporto alle operazioni di protezione civile di supporto logistico; Grandi stazioni. Elenco A Elenco B Edifici ed opere infrastrutturali di competenza statale che possono assumere rilevanza in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso Edifici pubblici o comunque destinati allo svolgimento di funzioni pubbliche, nonché aperti al pubblico suscettibili di grande affollamento, il cui collasso può provocare gravi conseguenze in termini di perdite di vite umane; Opere d arte relative al sistema di grande viabilità ferroviaria. 3

5 Definizione del sistema di grande viabilità ferroviaria Per l applicazione dell ordinanza RFI ha definito il Sistema di grande viabilità ferroviaria Inteso come insieme di infrastrutture ferroviarie caratterizzato dalla capacità di garantire i principali collegamenti nel Paese e su cui transita la gran parte del traffico ferroviario viaggiatori e merci 4

6 Definizione del sistema di grande viabilità ferroviaria Sistema di grande viabilità ferroviaria Modificato a Dicembre 2010 in accordo con il Dipartimento della Protezione Civile Sono state aggiunte: le linee afferenti ai Confini di Stato: verso Francia (via Ventimiglia e via Modane), Svizzera, (via Iselle e via Chiasso), Austria (via Brennero e via Tarvisio) e con la Slovenia; la rete ferroviaria Alta Velocità/Alta Capacità di recente attivazione. 5

7 Definizione del sistema di grande viabilità ferroviaria Linee della DTP di Venezia: Venezia- Milano Venezia Bologna Venezia - Udine Venezia - Trieste Esempio di connessione tra la rete di grande viabilità ferroviaria e i nodi ferroviari nell ambito delle principali aree urbane 6

8 Interpretazione della norma RFI ha così interpretato gli elenchi A e B: Elenco A Elenco B Fabbricati viaggiatori e/o tecnologici ospitanti: funzioni di comando, supervisione e controllo, sale operative, strutture ed impianti di trasmissione e banche dati. Fabbricati viaggiatori appartenenti alla network Grandi stazioni Opere d arte ricadenti nelle tratte di collegamento delle Grandi Stazioni al Sistema di grande viabilità ferroviaria. Fabbricati viaggiatori suscettibili di grande affollamento il cui collasso può provocare gravi conseguenze in termini di perdite di vite umane; Fabbricati viaggiatori appartenenti alla network Centostazioni Opere d arte relative al sistema di grande viabilità ferroviaria. 7

9 Interpretazione della norma Oggetti delle verifiche in ambito RFI Edifici: Fabbricati viaggiatori (Classe S20600, sottoclasse FV in IN.RETE); Fabbricati con apparecchiature tecnologiche (Classe S20600, sottoclasse FT in IN.RETE); Fabbricati contenenti i C.E.D. (Classe S20600, sottoclasse FC in IN.RETE). Opere d arte: Ponti (Classe S30650 in IN.RETE); Viadotti (Classe S30650 in IN.RETE); Sottovia (Classe S30650 in IN.RETE); Sottopassaggi di località (Classe S27150 in IN.RETE); 8

10 Quadro normativo di riferimento La domanda sismica è nota se è noto il suo periodo di ritorno TR individuato come: T R V = ln 1 R ( P ) VR è il periodo di riferimento della costruzione considerata. V R 9

11 Quadro normativo di riferimento T R = V ln 1 R ( P ) V R P VR è la probabilità di avere, durante VR anni, almeno 1 sisma di periodo di ritorno TR anni PVR è definita, per ciascuno Stato Limite, nel 3.2 delle NTC 10

12 Quadro normativo di riferimento Valutazione del tempo di ritorno T R Nell ipotesi di V N (vita nominale) pari a 50 anni, si ha: Edifici in elenco A (ai sensi del DPCM 3685 del ) V R = V N * C u = 50 * 2 = 100 anni Edifici in elenco B (ai sensi del DPCM 3685 del ) V R = V N * C u = 50 * 1.5 = 75 anni T R = V ln 1 R ( P ) V R Edifici in Elenco A Edifici in Elenco B SLD T R = V R = 100 anni T R = V R = 75 anni SLV T R = 9.5*V R = 950 anni TR = 9.5*V R = anni 11

13 Parametri da utilizzare in ambito RFI 12

14 Parametri da utilizzare in ambito RFI 13

15 Programma temporale delle attività FASE 1: definizione dei criteri per il censimento delle opere e degli edifici strategici Giugno 2009 Dicembre 2009 FASE 2: Verifiche sismiche di livello 0 Attività propedeutiche alla fase 3 svolte con il supporto di Reluis Gennaio Dicembre 2011 FASE 3: verifica di vulnerabilità sismica delle opere infrastrutturali e degli edifici presenti sulla rete ferroviaria strategica nazionale (Verifiche sismiche di livello 1 e 2 ) Gennaio 2012 Dicembre

16 Consistenza ponti in ambito RFI Oggetti della classe S30650 AN00 BA00 BO00 CA00 FI00 GE00 MI00 NA00 PA00 RC00 RM00 TO00 TS00 VE00 VR00 Totale complessivo Cavalcavia Ponte Sottovia Viadotto Altro Totale complessivo Consistenza in ambito RFI dei ponti di luce maggiore di 3m per TDP 15

17 Suddivisione per tipologie e per DTP Campo "Tipo opera" AN00 BA00 BO00 CA00 FI00 GE00 MI00 NA00 PA00 RC00 RM00 TO00 TS00 VE00 VR00 Totale complessivo ALTRI CAVALCAVIA FERROVIARIO CAVALCAVIA PEDONALE CAVALCAVIA VEICOLARE PONTE AD ARCO PONTE AD IMPALCATO PONTE SCATOLARE SOTTOPASSO AD ARCO SOTTOPASSO AD IMPALCATO SOTTOPASSO SCATOLARE SOTTOVIA AD ARCO SOTTOVIA AD IMPALCATO SOTTOVIA SCATOLARE VIADOTTO AD ARCO VIADOTTO AD IMPALCATO APPOGG VIADOTTO AD IMPALCATO CONTINUO Campo vuoto Totale complessivo

18 Criteri di priorità nello svolgimento delle verifiche sismiche di livello 1 e 2 In generale, si darà priorità a tutte le opere ubicate in zona sismica di 1^ e 2^ categoria sulla base di quanto indicato dall Ordinanza e, tra queste, alle tipologie di opere che ReLuiss ha individuato come più vulnerabili. 17

19 Criteri di priorità nello svolgimento delle verifiche sismiche di livello 1 e 2 In considerazione del notevole numero di edifici ed opere d arte (339 edifici e 1233 opere d arte ricadenti nelle zone ex zone sismiche 1 e 2) da sottoporre a verifica sismica, è stata attivata nell anno 2011 una consulenza con il Consorzio Interuniversitario ReLUIS con i seguenti obiettivi: Definire dei criteri in base ai quali sarà possibile escludere dalla pianificazione delle verifiche di livello 1 e 2 opere ed edifici che abbiano determinate caratteristiche geometriche e/o di materiale Identificare le opere e gli edifici a cui è opportuno dare priorità nelle verifiche sismiche, in quanto aventi caratteristiche geometriche e/o dei materiali tali da corrispondere ad indicatori di rischio più elevati; Definire i dati geometrici e meccanici che sono necessari affinché, per ciascuna tipologia di opera, possa essere effettuata la verifica sismica Definire le modalità di esecuzione delle verifiche per le diverse tipologie di opere per le quali tali verifiche si riterranno necessarie, attraverso la redazione di appositi capitolati tecnici 18

20 Criteri per la definizione delle opere prioritarie ReLuis, per ciascuna categoria di opere ha provveduto alla: Ponti in c.a., c.a.p Ponti in acciaio Ponti ad arco in muratura Ponti ad arco in c.a. Fabbricati in muratura Fabbricati in c.a. Definizione di classi omogenee per struttura, tipologia edilizia e materiale; Individuazione di opere rappresentative di ciascuna classe omogenea (opere master); Esecuzione delle verifiche sismiche di livello 1 e 2 delle opere master e valutazione della vulnerabilità sismica della classe; 19

21 Criteri per la definizione delle opere prioritarie Fabbricati in muratura FV2 = Fabbricato viaggiatori con due piani D = indicatore di superficie espresso in m 2 (da A<50 m 2 a E > 600 m 2 ) I oppure ALL = indicano irregolarità in pianta del fabbricato MA o MB = muratura di alta qualità o di media qualità OA o OCA= rispettivamente orizzontamenti in acciaio o in cemento armato 20

22 Criteri per la definizione delle opere prioritarie Fabbricati in cemento armato 21

23 Criteri per la definizione delle opere prioritarie FABBRICATI IN MURATURA n. opere 1 n. opere totali fase FABBRICATI IN CA n. opere 1 n. opere totali fase ANCONA BARI BOLOGNA FIRENZE GENOVA MILANO NAPOLI PALERMO REGGIO CALABRIA ROMA TORINO TRIESTE VENEZIA fabbricati in c.a. sono stati selezionati in prima fase quelli con vulnerabilità alta e media (fabbricati con irregolarità in pianta e in elevazione) fabbricati in muratura sono stati selezionati in prima fase quelli aventi vulnerabilità alta e medio alta (fabbricati con n. piani 2 con irregolarità in elevazione) 22

24 Criteri per la definizione delle opere prioritarie Ponti ad arco Dati necessari: Luce dell arco Spessore dell arco Freccia dell arco Altezza del timpano Altezza delle pile/spalle Larghezza delle pile/spalle Spessore delle pile/spalle nota: asoll_sito_slv = ag Ss /q ares_long > asoll_sito_slv 23

25 Criteri per la definizione delle opere prioritarie Ponti in carpenteria metallica e misti Dati necessari: Luce del ponte Altezza delle pile Tipologia appoggi Materiale pile/spalle 24

26 Criteri per la definizione delle opere prioritarie PONTI IN CA E CAP PONTI IN FERRO E MISTI PONTI AD ARCO IN MURATURA PONTI AD ARCO IN CA PONTI AD ARCO IBRIDI n. opere 1 fase n. opere totali n. opere 1 fase n. opere totali n. opere 1 fase n. opere totali n. opere 1 fase n. opere totali n. opere 1 fase n. opere totali per i ponti in c.a. e c.a.p.: sono stati selezionati in prima fase solo i multicampata con luce delle singole campate maggiore di 15 m. per i ponti in ferro: sono stati esclusi dalla prima fase 55 ponti aventi vulnerabilità bassa (prevalentemente monocampata con pile di ridotta altezza), mentre per i solettoni a travi in ferro incorporate sono stati esclusi i 177 ponti monocampata per i ponti ad arco in muratura, c.a. e ibridi: sono stati selezionati quasi tutti in prima fase sulla base degli esiti delle verifiche di vulnerabilità eseguite da Reluiss 25

27 Verifiche sismiche Dati necessari per le verifiche Informazioni necessarie per raggiungere il livello di conoscenza LC2 Costruzioni in muratura Geometria: rilievo geometrico completo della costruzione. Dettagli costruttivi: rilievi di tipo visivo, per investigare: qualità del collegamento tra pareti verticali, qualità del collegamento tra orizzontamenti e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano o di altri dispositivi di collegamento, esistenza di architravi strutturalmente efficienti al di sopra delle aperture, presenza di elementi strutturalmente efficienti atti ad eliminare le spinte eventualmente presenti, presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità, tipologia della muratura (a un paramento, a due o più paramenti, con o senza riempimento a sacco, con o senza collegamenti trasversali, etc.), e sue caratteristiche costruttive (eseguita in mattoni o in pietra, regolare, irregolare, etc.). Caratteristiche dei materiali: esame della superficie muraria con saggi superficiali ed interni per ogni tipo di muratura presente. Prove con martinetto piatto doppio e prove di caratterizzazione della malta (tipo di legante, tipo di aggregato, rapporto legante/aggregato, etc.), e eventualmente di pietre e/o mattoni (caratteristiche fisiche e meccaniche) per l individuazione della tipologia della muratura. È opportuna una prova per ogni tipo di muratura presente. Inoltre, metodi di prova non distruttivi (prove soniche, prove sclerometriche, penetrometriche per la malta, etc.) possono essere impiegati a complemento delle prove richieste. 26

28 Verifiche sismiche Dati necessari per le verifiche Informazioni necessarie per raggiungere il livello di conoscenza LC2 Costruzioni in cemento armato Geometria: in assenza del progetto esecutivo dell opera, è necessario il rilievo geometrico completo della costruzione. Dettagli costruttivi: qualora non si abbia a disposizione il progetto dell opera, sarà necessario procedere con il progetto simulato, accompagnato dalla verifica della quantità e disposizione dell armatura per il 35% degli elementi principali della costruzione. Caratteristiche dei materiali: sono necessari almeno 2 provini di cls per ogni 300 m 2 di superficie investigata e il prelievo di almeno un campione di armatura, ad esempio per ciascun piano. 27

29 Prove da effettuare per la ricerca dei dati necessari alle verifiche Ponti ad Arco in Muratura: LC2 Analisi chimica per determinare la qualità della malta. S3, S4: microcarotaggi per indagare lo spessore dell arco in chiave e all imposta. Esame endoscopico. rm1 e rm2: prova con martinetto piatto doppio e singolo per indagare le proprietà meccanica della pila/spalla e dell arco. S5 microcarotaggio per indagare lo spessore del timpano e la qualità del materiale. Esame endoscopico. S6 sondaggio orizzontale per determinazione della qualità del materiale e la tipologia della spalla. Esame endoscopico. Per i ponti con più di tre campate vengono inoltre eseguiti 4 rm ( pila,spalla e due archi) e un sondaggio conoscitivo su una pila. S7: Sondaggi verticali e obliqui per determinare le dimensioni del plinto di fondazione, minimo 3 sondaggi. 28

30 Prove da effettuare per la ricerca dei dati necessari alle verifiche Ponti ad Arco in c.a.: LC2 1 Arco : Archi successivi: Tipo Prova N Prove Carota (compressione) 3 C Prelievo armatura TT 1 Pacometro P 1 3 C 1 TT 1 P N 3 CAMPATE 1 C 1 TT 1 P 1 C 1 TT 1 P Tipo Prova N Prove Carota (compressione) 1 C Prelievo armatura TT 1 Pacometro P 1 Pila / spalla : 3 C 1 TT 1P 3 C 1 TT 1 P 3 C 1 TT 1 P in alternativa a un carotaggio: Tipo Prova N Prov e Elemento Interessato SonReb 3 Per ogni arco oltre il primo Tipo Prova N Prove Carota (compressione) 3 C Prelievo armatura TT 1 Pacometro P 1 il numero massimo di prove da realizzare in situ sulle pile/spalle è pari a 21, indipendentemente dal numero di elementi strutturali che costituiscono l opera oggetto di studio ( massimo sette tra pile e spalle). 29

31 Prove da effettuare per la ricerca dei dati necessari alle verifiche Sondaggi geognostici e prove in laboratorio: Sondaggio geognostico ad andamento verticale o con inclinazione inferiore o uguale a 15 gradi eseguito a carotaggio continuo Prova penetrometrica dinamica tipo SPT Prove in laboratorio: Analisi granulometrica Limiti di Atterberg Prova consolidata non drenata Prova di taglio diretto con scatola di Casagrande Prospezione sismica in foro di sondaggio eseguita con tecnica DOWN-HOLE; Stratigrafia del sottosuolo Parametri meccanici del sottosuolo: Peso specifico Angolo di attrito Coesione Velocità onde di taglio Vs 30 Categoria sismica del sottosuolo 30

32 PERCORSO SIN QUI SEGUITO: Definizione del sistema di grande viabilità Interpretazione degli elenchi A e B Censimento delle opere e definizione dei criteri di priorità Definizione delle modalità di verifica redazione dei capitolati Avvio della campagna di indagini 31