Ingegneria sismica - Teoria 2

COMPORTAMENTO SISMICO PONTI

Si parla ora di ponti partendo da quelle che sono le caratteristiche tipologiche, sottolineando che esistono tante soluzioni strutturali differenti, le più comuni in Italia e nel mondo sono rappresentate dai ponti a travata. I ponti a travata si distinguono al loro interno fra travata appoggiata (isostatica semplicemente appoggiata) e travata continua. La caratteristica principale è la presenza di una serie di elementi verticali, chiamati pile, che sostengono l'impalcato o gli impalcati, perché nel ponte a travata continua l'impalcato è unico per tutta la carreggiata ma nel caso dei ponti a travata semplicemente appoggiata sono presenti dei giunti interni per cui ogni campata è rappresentata da un impalcato indipendente rispetto agli altri. Generalmente quasi sempre fra l'impalcato e le pile sono presenti degli apparecchi d'appoggio, da non confondere con gli isolatori in quanto sono altra roba. Gli

Apparecchi d'appoggio servono fondamentalmente a consentire le azioni di servizio e in particolare le dilatazioni termiche dell'impalcato, le azioni di frenatura che sono orizzontali, forze legate al transito dei veicoli anche in curva e il vento. Queste azioni producono piccoli spostamenti e chiaramente gli apparecchi sostengono i carichi verticali e li trasferiscono alla pila. Non sono in grado di subire grandi spostamenti orizzontali, quindi da un punto di vista sismico la concezione moderna è quella di rendere gli appoggi più resistenti della pila in una logica di applicazione del capacity design che vede la pila a flessione come elemento dissipativo, e quindi di conseguenza nella gerarchia delle resistenze si avrà la pila taglio e solo dopo gli apparecchi di appoggio che devono rimanere elastici. Questo aspetto là differenzia dagli isolatori sismici che, invece, sono progettati per subire grandi spostamenti, in essi si concentra gran parte

dell'effetto sismico, gran parte degli spostamenti della struttura quindi è una concezione, un approccio completamente diverso. Al momento si parla di ponti con apparecchi d'appoggio tradizionali che servono a consentire gli spostamenti delle azioni di servizio (dilatazione termica, frenatura, vento) e che nella concezione odierna vengono solo dimensionati rispetto alle pile e quindi non si danneggiano. Tornando ai ponti a travata appoggiata l'impalcato può essere realizzato in diversi modi, può essere un impalcato con delle travi e una soletta di completamento con dei trasversi in direzione ortogonale all'asse per dare rigidezza torsionale, può essere un impalcato con sezione a cassone con sezione cava mono o pluriconnessa. Queste sono le tipologie più frequenti ma esistono altre tipologie di ponti:

• Ponte reticolare, con una struttura metallica, una travatura reticolare metallica che trovano impiego soprattutto nel caso delle linee

ferroviarie;- Ponti a telaio, in cui la caratteristica è la monoliticità dell'impalcato con gli elementi verticali, siano essi verticali propriamente o inclinati come in Fig. 340;- Ponti ad arco, in cui i carichi verticali dell'impalcato sono trasferiti ad un arco attraverso dei piedritti che trasformano il carico distribuito in forze concentrate che vengono poi riportate dall'arco alla fondazione;- Ponte ad arco a spinta eliminata, discorso simile al precedente ma con l'arco che sta sopra, e a spinta eliminata perché l'impalcato stesso assorbe la spinta a vuoto, la componente orizzontale della spinta trasferita dall'arco. In questo caso l'impalcato è aggrappato all'arco, quindi i carichi gravitazionali attraverso i tiranti vanno su l'arco, l'arco si tende c'è una spinta e la componente orizzontale viene assorbita da questa sorta di catena che è l'impalcato stesso;231Appunti di Ingegneria

Sismica- Ponte strallato;- Ponte sospeso.Le ultime due tipologie servono a coprire grandi luci, in cui i carichi verticali dell'impalcato vengono riportati a dei piloni (elementi verticali) attraverso degli stralli, elementi tesi, o dei piedritti e cavi tesi che scaricano la loro azione sui piloni, che poi a loro volta li portano in fondazione. I piloni stessi sono destinati anche ad assorbire le forze orizzontali.

Queste sono grossomodo le varietà presenti in per il mondo, ma l'attenzione principale è rivolta ai ponti a travata appoggiata e a travata continua. Gli elementi strutturali che caratterizzano questa tipologia possono distinguersi in una sovrastruttura e una sottostruttura. La sovrastruttura è costituita dall'impalcato e dai giunti, questi ultimi possono essere interni ed esterni in quelli a travata appoggiata e solamente di testata in corrispondenza della spalla nel caso dei ponti a travata continua. La sottostrutturavede le pile, le quali sono caratterizzate da una fondazione, un fusto o più fusti ed un pulvino (parte sommitale su cui sono presenti gli apparecchi d'appoggio), le spalle, gli apparecchi d'appoggio e le fondazioni superficiali o su pali a seconda dei casi. In Fig. 341 viene riportata una rappresentazione schematica molto rappresentativa di tutti gli elementi detti in precedenza, in cui viene riportata una possibile sezione dell'impalcato una tipologia che si caratterizza per la presenza di n travi (in C.A.P. o in acciaio), una soletta di completamento e dei trasversi a un certo interasse che conferiscono una rigidità razionale, i quali servono anche per ridistribuire fra le varie travi i carichi concentrati. Al di là dell'impalcato ci sono i giunti, gli apparecchi d'appoggio, le pile con il pulvino (il ringrosso sommitale della pila su cui sono distribuiti gli apparecchi d'appoggio) e infine le fondazioni che in questo caso sono superficiali ma

molto spesso sono su pali (Cfr. Fig. 341).232

Appunti di Ingegneria Sismica

Per quanto riguarda le connessioni tra la pila (o la spalla) e l'impalcato possono essere fondamentalmente di 6 tipi, quindi gli apparecchi d'appoggio possono esercitare diverse condizioni di vincolo o connessione fra la pila e l'impalcato. I diversi tipi di apparecchi possono essere elencati, e si basano su diverse tecnologie:

• Appoggi fissi, in cui sono impediti gli spostamenti nelle due direzioni, longitudinale e trasversale, e vengono consentite solamente le rotazioni generalmente attorno a un asse, quindi sono appoggi che realizzano una cerniera di tipo cilindrico non sferico. Sono appoggi realizzati in acciaio;
• Appoggi mobili unidirezionali, possono essere unidirezionali in direzione longitudinale o trasversale ma molto spesso lo sono in direzione longitudinale;
• Appoggi mobili multidirezionali, che consentono gli spostamenti nelle due direzioni ortogonali.

Gli appoggi mobili molto spesso si basano su basso attrito fra due superfici, che sono l'acciaio inox e il PTFE o Teflon, e che consentono di sviluppare bassi attriti;

Appoggi semirigidi, che sono sempre basati su elastomeri, gomma naturale o altre varie gomme sintetiche, e vengono definiti semirigidi perché consentono gli spostamenti ma sviluppando una rigidezza in qualche modo li tengono sotto controllo e trasferiscono forze;

Assenza di apparecchi d'appoggio, e quindi si ha la connessione monolitica pila impalcato.

I ponti sono utilizzati in attraversamento di valli, di fiumi e quindi le pile di un ponte molto spesso presentano altezza variabile e nell'ambito dello stesso ponte ci sono pile molto tozze di 3 m di altezza e lungo sviluppo si trovano poi pile molto snelle di 40 metri di altezza. Detto questo una pila di 40 m di altezza, molto snella, ha già la capacità di deformarsi e di assorbire senza problemi tutte quelle azioni di servizio e anche quelle sismiche.

Pertanto il progettista può decidere di connetterla rigidamente all'impalcato, predisponendo invece apparecchi d'appoggio o isolatori sismici sugli altri elementi. Quindi si può facilmente comprendere come anche all'interno dello stesso ponte possono essere utilizzati tipi di connessione differenti.

Figura 342: Tipologie di apparecchi d'appoggio

Nelle figure successive vengono poi rappresentati degli schemi relativi a apparecchi d'appoggio di vecchia generazione, gli appoggi degli anni 60-70 e in parte 80 che però molto spesso ancora si trovano sulle opere odierne, comprese quelle autostradali, su cui periodicamente viene fatta la manutenzione e molto spesso questa comporta sostituzione di elementi come quelli di appoggio, ma persistono in tante opere gli appoggi installati all'epoca della realizzazione e questo pone un grosso problema, in quanto sono elementi non idonei ad assorbire le forze sismiche rivalutate.

alla luce delle conoscenze attuali e non sono adeguati neanche per le azioni di frenatura attuali. Oltre a non essere adeguati spesso presentano uno stato di conservazione abbastanza scadente, quelli in acciaio sono corrosi, quelli in neoprene sono imbozzati e delaminati e così via. Nella si riconoscono le tipologie di connessione dette in precedenza, parlando di connessioni rigide o di appoggi fissi molto spesso sono realizzati con delle cerniere cilindriche metalliche di questo tipo, ma a volte anche in modo più rudimentale attraverso un appoggio diretto che si basa sull'attrito (oggi è vietato fare affidamento sull'attrito ma negli anni 60 no), con la presenza di barre passanti che lavorano a taglio. Per quanto riguarda invece quelli mobili unidirezionali si utilizzavano sistemi a pendolo o arullo, basati sulla rotazione di elementi opportunamente conformati o sul rotolamento di cilindrotti. Per quanto riguarda, invece, quelli di tipo semirigido si

Possono trovare i cuscinetti in neoprene semplicemente interposti, quindi non fissati con organi meccanici (barre o bulloni) al pulvino e all'impalcato, e a volte fra questi cuscinetti in neoprene venivano interposti degli strati in grafite che realizzavano di fatto un appoggio più deformabile e di fatto un mobile multidirezionale.

Questi sono gli appoggi di vecchia generazione e successivamente viene riportato uno schema di comportamento meccanico pensando alla sismica (Fig. 344), nel senso che un appoggio fisso, nei confronti delle azioni orizzontali e degli spostamenti orizzontali, sviluppa un'elevata resistenza osservando un picco di resistenza nel diagramma. In corrispondenza di questo picco dovrebbe finire la storia, ed evidentemente dicendo che non sono idonei ad assorbire il sisma se arriva un sisma violento e la resistenza viene superata si rompono (potrebbero rompersi i bulloni, i perni) quindi.

vanno ad attrito in qualche modo attraverso uno strano meccanismo quindi iniziano