Isolamento sismico dei ponti

Nell’isolamento sismico dei ponti l’interfaccia di spostamento è generalmente collocata fra la testa delle pile e l’impalcato.

Figura 2-45. Tipica disposizione degli isolatori in una struttura da ponte

Sempre sullo stesso layer trovano alloggiamento, quando presenti, dissipatori viscosi aggiuntivi che completano l’assetto sismico della struttura.

A differenza di quanto accade negli edifici è facile intuire come sia gli elementi di sostegno verticale (pile) che l’impalcato siano elementi deformabili difficilmente schematizzabili come elementi caratterizzati da atti di moto rigido. Questo aspetto naturalmente causa una complicazione del fenomeno fisico legato soprattutto all’interazione tra i diversi sistemi che si ripercuote nel modello matematico di riferimento.

Oltre al sistema di isolamento il comportamento globale è regolato dalla deformabilità degli altri elementi strutturali coinvolti:

• Sottostrutture; • Impalcato.

Deformabilità sottostrutture

Gli elementi pila influenzano in maniera diretta il comportamento dinamico trasversale dell’intero ponte. La rigidezza flessionale delle pile da ponte deriva da diversi fattori:

• Schema statico: la varietà di forme geometriche e di diversi contesti possono portare ad avere pile a fusto unico, che nel caso dinamico si comportano a mensola con un grado di incastro più o meno rilevante in testa oppure a telaio trasversale con pile sdoppiate e pulvino che fa trasverso;

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Figura 2-46. Principali tipologie di pile da ponte

• Rapporto H/D: il rapporto geometrico tra l’altezza della pila e il diametro o più in generale la larghezza trasversale definiscono una snellezza relativa che porta a definire pile tozze e snelle, con importanti ripercussioni anche sulla duttilità;

Figura 2-47. Duttilità nelle pile in base ai rapporti H/D

• Grado di fessurazione: il regime di sforzi flessionali porta all’instaurarsi di uno stato di fessurazione che dipende direttamente dalla sezione geometrica. L’analisi può essere fatta in base al diagramma momento-curvatura oppure una indicazione per la valutazione della rigidezza è fornita direttamente dall’EC8-2:

y Rd eff M EJ φ η⋅ = Dove:

Ec = modulo elastico del calcestruzzo;

Jeff = il momento d’inerzia della sezione fessurata;

η = circa 1,20 è un fattore di correzione che tiene conto della maggiore rigidezza delle parti non fessurata;

55 φy = la curvatura corrispondente allo snervamento dell’acciaio.

Quest’ultima può essere stimata secondo la relazione fornita dell’Eurocodice 8-2:

D sy y ε φ = 2,4⋅ Con:

εsy= deformazione a snervamento dell’armatura;

D= diametro della sezione o larghezza nel piano di inflessione;

Deformabilità impalcato

Il comportamento risulta sensibilmente diverso per le due direzioni principali dell’opera.

Infatti dal punto di vista longitudinale gioca un ruolo importante la rigidezza assiale dell’impalcato. Generalmente, per opere non eccessivamente sviluppate longitudinalmente, si può ritenere con buona approssimazione che l’impalcato sia rigido assialmente. Tale assunzione permette di ricondurre il comportamento dell’intero ponte ancora ad un oscillatore equivalente:

56 Per quanto riguarda il comportamento trasversale l’assunzione di impalcato rigido non è generalmente valido a causa dell’elevato rapporto lunghezza (L) su larghezza (B) che caratterizza la maggior parte delle sovrastrutture.

In particolare nel caso di ponti parzialmente isolati PRSI (Partially Restrained Seismically

Isolated), il comportamento trasversale è governato dalla rigidezza flessionale assimilabile a

quella di una trave appoggiata, nel piano orizzontale, con vincoli visco-elastici discreti e appoggi alle estremità. In questi gli aspetti più interessanti possono riguardare le curvature e la sovrapposizione degli effetti che ne derivano dalla flessione trasversale, con quelli derivanti dai carichi verticali, sia permanenti che mobili.

Figura 2-49. Comportamento nel piano orizzontale ponte PRSI

Nel caso di ponti totalmente isolati BDSI (Bi-Directional Seismically Isolated) gli effetti derivanti da vibrazioni nel piano orizzontale non possono essere predetti con esattezza. Oltre alle caratteristiche geometriche risulta determinante il rapporto fra le rigidezze delle pile e quella dell’impalcato. In generale è possibile affermare che per sottostrutture regolari e sviluppi longitudinali compresi in un intervallo da 100 m a 300 m l’inflessione nel piano e le conseguenti curvature non siano rilevanti per cui l’intera struttura potrebbe essere ricondotta ancora una volta ad un oscillatore equivalente (Figura 2-51). In tutti gli altri casi, a causa delle irregolarità e/o rapporti L/B elevati, risulta difficile la ricognizione dell’opera ad un sistema più semplice. A supporto di ciò si sottolinea che nel caso di analisi dinamiche modali occorre considerare un numero elevato di modi per poter mobilitare una massa superiore all’85% come richiesto da normativa (Figura 2-50).

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3 Modellazione, Analisi e Verifiche dei ponti isolati (EC8-parte2)

I metodi di analisi per quantificare la risposta sismica dei ponti variano dalle analisi di tipo elastico – lineare fino ad analisi dinamiche non lineari su modelli tridimensionali con un elevato numero di gradi di libertà e comportamento non lineare. Gli strumenti utilizzati devono essere in grado di rappresentare correttamente la risposta attesa della struttura, considerando effetti geometrici ed input sismici di differente tipologia.

Pertanto si possono avere soluzioni lineari o non lineari, statiche o dinamiche, quest’ultime con spettri di risposta o accelerogrammi. Solo i metodi che includono le caratteristiche non lineari dei materiali oppure le non linearità geometriche possono fornire valutazioni dell’effettiva capacità strutturale.

I metodi di analisi possono pertanto essere divisi in due categorie: lineari e non lineari. Per ciascuno di essi può essere compiuta una seconda distinzione, a seconda che l’analisi sia di tipo statico o dinamico. A seconda degli obiettivi dell’analisi sono solitamente necessari modelli differenti, con maggiori dettagli e complessità passando da una semplice analisi statica lineare ad una ben più onerosa analisi dinamica non lineare. Nel seguito verranno descritti i metodi impiegati nella presente tesi per analizzare la risposta delle diverse strategie di isolamento.