L'uso degli isolatori a pendolo per l'adeguamento sismico di ponti in calcestruzzo precompresso
In questo articolo viene presentata la strategia di adeguamento adottata per ridurre la vulnerabilità sismica di un ponte mediante l'introduzione di isolatori a pendolo, composti da due piatti metallici paralleli di acciaio inox e da uno slider in acciaio. Il ponte preso in esame è un viadotto nel Comune di Messina.
In questo articolo viene presentata la strategia di adeguamento adottata per ridurre la vulnerabilità sismica di un ponte mediante l'introduzione di isolatori a pendolo, composti da due piatti metallici paralleli di acciaio inox e da uno slider in acciaio. Il viadotto preso in esame si trova a Messina.
Ponti: un metodo efficace per ridurne la vulnerabilità sismica
I ponti sono elementi cruciali della rete di trasporto. Molti ponti nel mondo sono stati costruiti secondo linee guida progettuali o codici sismici obsoleti che non sono in linea con quelli odierni. In molti casi, la vulnerabilità sismica dei ponti esistenti è drammaticamente aumentata rispetto al passato, a causa di una serie di fattori, tra i quali l’aumento della pericolosità sismica, il deterioramento del materiale e variazioni della destinazione d’uso del ponte o dei carichi di progetto rispetto all’epoca della costruzione.
In questo contesto, i recenti collassi dei ponti avvenuti nel mondo sono spesso associati ad una carente attività di manutenzione, come dimostrato dal drammatico collasso del viadotto Polcevera a Genova, Italia. Un adeguato piano manutentivo sarebbe utile per identificare eventuali parti critiche o deboli del ponte, in modo da poter stabilire un piano di intervento specifico e studiare una linea prioritaria di interventi di riparazione o retrofit per i ponti appartenenti alla stessa rete.
Questo contributo presenta la strategia di adeguamento adottata per ridurre la vulnerabilità sismica di un ponte esistente assunto come caso studio, mediante l’introduzione di isolatori a pendolo (friction pendulum bearing) (FPB). Questi isolatori sono composti da due piatti metallici paralleli di acciaio inossidabile con forma concava, e da un elemento che scorre internamente (slider) realizzato in acciaio. Lo slider ha forma convessa ed è rivestito con uno strato sottile di materiale polimerico lubrificato, quale polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) oppure politetrafluoroetilene (PTFE). Il comportamento isteretico degli FPB è governato dal coefficiente di attrito sviluppato all’interfaccia di scorrimento tra l’acciaio inossidabile ed il materiale polimerico.
Nonostante alcuni inconvenienti tipicamente legati alla variabilità delle proprietà tribologiche rispetto al carico assiale, alla velocità di scorrimento e a fenomeni di riscaldamento indotti dal movimento dello slider, gli FPB sono stati ampiamente utilizzati nell'isolamento sismico di edifici, ponti e strutture industriali per le loro caratteristiche di basso costo e versatilità. Inoltre, un notevole vantaggio di questi dispositivi rispetto ad alternativi appoggi elastomerici è dovuto al fatto che il periodo naturale proprio dei dispositivi è indipendente dalla massa della struttura sovrastante, in quanto legato unicamente al raggio di curvatura delle superfici.
Pertanto, è possibile realizzare un efficace sistema di isolamento anche per strutture leggere. Inoltre, la rigidezza effettiva è proporzionale al carico verticale, rendendo coincidenti il centro di massa ed il centro di rigidezza e, di conseguenza, evitando effetti torsionali indesiderati.
Il ponte analizzato come caso studio in questo contributo è un viadotto situato nel comune di Messina, nel sud Italia. Per la sua posizione chiave vicino al centro della città, il viadotto analizzato ha una funzione cruciale per la rete di trasporto dell'area limitrofa.
L'ente gestore della viabilità (Comune di Messina) ha chiuso il viadotto a causa di recenti sopralluoghi che hanno evidenziato un avanzato stato di degrado degli appoggi esistenti (cuscinetti di neoprene posti tra le pile e l'impalcato del ponte) e degli smorzatori posti in una delle due spalle. Per questo motivo è stato qui condotto uno studio numerico finalizzato alla sostituzione degli appoggi in neoprene esistenti (danneggiati) con FPB, al fine di valutare sia l'idoneità di questa proposta da un punto di vista sismico, sia il miglioramento delle prestazioni sismiche relative a questa scelta progettuale di ponte isolato rispetto alla configurazione esistente.
LA PRESENTAZIONE DELLA MEMORIA DA PARTE DI SILVIA SCIUTTERI
Silvia Sciutteri, dottoranda di ricerca all'Università degli Studi di Messina presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, illustra il caso studio relativo al progetto di rinforzo sismico di un ponte tramite isolatori a pendolo scorrevole.
La memoria è stata presentata in occasione della prima conferenza Eurostruct - European Association on Quality Control of Bridges and Structures, svoltasi a Padova dal 29 agosto al 1° settembre 2021.
A QUESTO LINK LE ALTRE MEMORIE PRESENTATE A EUROSTRUCT
Descrizione del ponte oggetto di studio
Il ponte in calcestruzzo armato precompresso analizzato nel presente articolo è chiamato “Viadotto P” ed è stato realizzato nel 1998. La sua funzione è quella di connettere direttamente lo svincolo di Giostra dell’autostrada A20 con la vicina galleria San Jachiddu. Sono riportate nella Fig. 1 una vista satellitare del ponte e la planimetria del viadotto.
Il viadotto P è realizzato con un impalcato continuo a sezione variabile; è un impalcato a cassone in cui i singoli cassoni precompressi sono larghi 8.25 m mentre possono avere un’altezza variabile tra 2.45 m (in corrispondenza delle spalle) e 3.60 m (sulle pile).
Oltre le due corte campate di estremità (lunghe rispettivamente 25 m e 30 m), sono presenti quattro campate intermedie, tre delle quali lunghe 70 m ed una 60 m. La spalla che si trova dal lato della galleria San Jachiddu è detta spalla 2 (S2) ed è fissa, mentre la spalla 1 posta dal lato dell’autostrada è mobile, su supporti scorrevoli. Come è possibile vedere in Fig. 1, il ponte ha dei tratti curvilinei, alternati ai tratti rettilinei anche all’interno della stessa campata.
Le cinque pile, identificate dalla nomenclatura P1-P5, hanno altezze differenti, plinto di fondazione trapezoidale ed una sezione variabile che aumenta per altezze superiori a 10 m. La geometria delle pile è illustrata in Fig. 2 e le relative altezze sono riportate nella Tabella 1. La sezione trasversale di ciascuna pila è pari a 3.45 m x 4.50 m in sommità, e si allarga, da un solo lato, fino a 3.45 m x 4.86 m per la pila 1 lunga 25 m, mentre è leggermente più piccola per le altre pile di altezza inferiore.
Le pile sono realizzate con calcestruzzo C25/30 e con barre di rinforzo Feb44k, posizionate come mostrato in Fig. 3 per le sezioni 3.45 m x 4.50 m e 3.45 m x 5.40 m rispettivamente, per un totale di 92ϕ26 e 38ϕ20 nel primo caso, 152ϕ26 e 38ϕ20 nel secondo caso.
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