L’analisi dei ponti esistenti con FaTA Next

L’analisi in condizioni di degrado di un ponte ad arco con FaTA Next 

Dall’esperienza di oltre 50 anni di sviluppo di software dedicati alla progettazione strutturale nasce FaTA Next, il software per la modellazione, l’analisi e la verifica di strutture della Stacec, azienda che, come poche, si è sviluppata ed evoluta insieme al “calcolo strutturale” sin dalla nascita dei primi calcolatori elettronici.

Il punto di forza di FaTA Next è rappresentato dalla possibilità di affrontare, all’interno di un unico software, l’analisi di diversi livelli di problematiche strutturali: dalla semplice progettazione di edifici nuovi, alla vulnerabilità di infrastrutture. 

In questo articolo vedremo alcune delle funzionalità presenti in FaTa Next che lo rendono uno strumento di elevata qualità per la soluzione di elaborate analisi strutturali.

In particolare approfondiremo l’utilizzo del software per la gestione dell’analisi non lineare per carichi verticali, detta “Pushdown”, abbinata alla modellazione del degrado per corrosione delle barre.

L’oggetto di questo approfondimento è, quindi, l’analisi in condizioni di degrado del ponte ad arco in C. A. della SS 115 Occidentale Sicula, che attraversa il fiume Cassibile nei pressi dell’omonima città, studiato con FaTA Next per l’articolo “Influence of different degradation mechanisms on structural robustness: the case study of a reinforced concrete arch bridge” - A. Formisano, M. Felitti, F. Oliveto, L. Mendicino.

Apprezzeremo come, indipendentemente dal tipo di calcolo, FaTA Next pone al centro la parte concreta della progettazione strutturale: l’analisi delle problematiche strutturali, il controllo dei risultati di calcolo e, non per ultima, la presentazione sempre chiara ed esaustiva dei risultati.

La struttura analizzata: il ponte ad arco in c.a. sul fiume Cassibile

L’oggetto dell’analisi è il ponte ad arco (di tipo Bow-String) sulla SS 115, posto come attraversamento del fiume Cassibile, in provincia di Agrigento, costruito dalla Ferrobeton negli anni ‘30.

Lo studio è stato condotto con FaTA Next, nell’ambito dell’articolo “Influence of different degradation mechanisms on structural robustness: the case study of a reinforced concrete arch bridge”, a firma degli Ingegneri A. Formisano, M. Felitti, F. Oliveto, L. Mendicino e presentato al convegno internazionale CACRCS Days 2021 (Capacity Assessment of Corroded Reinforced Concrete Structures).

Lo schema strutturale del ponte

Lo schema strutturale del ponte è ad impalcato sospeso ad archi con spinta eliminata. L’impalcato è collegato agli archi mediante “tiranti” in c.a. Il ponte ha una campata con lunghezza di circa 30,00 m, con una monta di 6,00 m e un franco di 5,00 m. L’interasse tra gli archi è di circa 8,30 m, mentre la carreggiata è larga 7,50 m.

L'impalcato è costituito da una soletta di 15 cm di spessore armata con barre di acciaio lisce ed è sostenuto da una sequenza di travi, che hanno sezione rettangolare con altezza di 0,85 m e base di 0,25 m collegate alternativamente ai tiranti.

Come possiamo vedere dalle foto che seguono, il ponte si trovava in situazione avanzato stato di degrado, caratterizzato da diffusa corrosione delle barre e il conseguente distacco del copriferro. 

L’opera, che è tutelata dalla Sovrintendenza dei Beni Culturali e Ambientali, nel 2021 è stata oggetto di lavori di restauro conservativo che ne hanno restituito l’originario aspetto.

L’analisi statica non lineare per carichi verticali (Pushdown)

In FaTA Next sono disponibili tutte le diverse analisi indicate nelle norme tecniche: analisi statiche e dinamiche sia lineari che non lineari. Nel dettaglio, le analisi presenti sono:

• Analisi statica lineare
• Analisi dinamica lineare
• Analisi statica non lineare (Dominio FEM)
• Analisi dinamica non lineare (Dominio FEM)
• Analisi statica non lineare (Dominio DEM – es. per macro-elementi in muratura)
• Analisi non lineare “Pushdown”

In particolare, per valutare la capacità portante ai carichi verticali, è possibile utilizzare l’analisi Pushdown, che consiste nel calcolo del moltiplicatore critico di una assegnata distribuzione dei carichi, applicando un modello non lineare.

Il fine principale di questa analisi è la valutazione della robustezza calcolando la capacità residua e stabilendo la modalità di collasso della struttura.

In questo caso, la struttura viene discretizzata con elementi a fibre (Spacone et al. 1996) diffuse su tutto lo sviluppo dell’elemento e differenziate per materiale e comportamento. Ai vari step di calcolo, il diverso stato di sollecitazione determina la formazione dei diversi tipi di meccanismi di rottura.

Le non linearità disponibili sono sia in termini di comportamento dei materiali, sia in termini di effetto P-Delta ed anche in “grandi spostamenti” (corotazionale). 

L’analisi è stata condotta considerando le varie posizioni assunte dal “carico mobile” in modo da applicare lo schema di carico n.1 indicato nelle NTC 2018 e individuare le situazioni critiche. 

FaTA Next consente la completa personalizzazione della distribuzione dei carichi, indicando l’azione di carico che deve essere considerata di tipo “Pushdown” e spuntando la casella “Non Lineare”.

Dopo aver fatto ciò sarà possibile applicare ai vari elementi (nodi, aste, piastre, ecc.) i diversi tipi di carico (puntuale, lineare, bidimensionale) associati all’azione indicata come “Pushdown”.

L'articolo continua con la 

• La modellazione del degrado strutturale 
• Realizzazione del modello e controllo dei risultati 

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Chi è Stacec

La STACEC è un’Azienda che occupa un posto di primo piano nel mercato italiano del software per l’edilizia e, grazie alla qualità dei prodotti e dei servizi offerti, si è guadagnata la fiducia di migliaia di Clienti. I suoi prodotti sono, inoltre, utilizzati da Enti Pubblici, quali ad esempio il Ministero dei Lavori Pubblici (oggi Infrastrutture) – Sez. Antisismica, Geni Civili, Università , Regioni , Istituti Professionali, Enti di ricerca, ecc.

I software sviluppati dalla Stacec affrontano le diverse tematiche dell’ingegneria e della geotecnica, ed in particolar modo il calcolo strutturale con avanzate soluzioni, talvolta sviluppate in collaborazione con le Università.