Progetto delle strutture e del sistema di isolamento sismico del Ponte sul torrente Impero

SO.TEC

Intervento appartenente al quadro dei lavori di costruzione della variante all’abitato di Imperia lungo la S.S. 1 bis (Aurelia Bis).

Immagine1L’opera è costituita da un arco a via di corsa intermedia strutturata su 3 luci per una lunghezza complessiva pari a 165 m. Il tracciato planimetrico è rettilineo. L’impalcato è costituito da una struttura mista acciaio-calcestruzzo realizzata attraverso un sistema di 3 travi longitudinali, di altezza costante pari a 1.8 m, e traversi disposti con passo regolare di 5 m rastremati verso le estremità: il graticcio metallico così ottenuto è completato da una soletta gettata su predalle di spessore complessivo pari a 30 cm, connessa mediante un sistema continuo di pioli tipo Nelson. I due archi hanno sezione rettangolare variabile in c.a. dall’imposta fino ad una quota di circa 4 m sopra l’asse viario. Le fondazioni che sorreggono l’arco sono in micropali e pali. La differente tipologia di fondazione deriva da una differente situazione geologica. Il sistema di vincolo previsto per l’ impalcato è costituito da dispositivi di isolamento a pendolo a scorrimento (Friction Pendulum System – FPS) in numero totale di 12.Immagine5

 

Case Study di

midas

 

 

Cliente: SO.TEC. INGEGNERIA

La SO.TEC. S.r.l. è una società di ingegneria operante dal 1992 nei settori della progettazione, direzione dei lavori di opere strutturali, architettoniche ed impiantistiche. La società ha sede a Torino e dispone di succursali a Roma, Sicilia e Sardegna. All’estero è presente con partecipate in Bulgaria, Colombia ed Emirati Arabi. L’esperienza professionale del suo staff ha carattere multidisciplinare al fine di poter garantire un’assistenza tecnica e specifica in tutti i settori.

Via Pietro Toselli, 6

20129 Torino

strutture@sotecsrl.it – www.sotecsrl.eu

Il calcolo dell’impalcato è stato effettuato utilizzando il programma ad elementi finiti Midas/Civil. Il modello è di tipo spaziale per permettere di valutare l’effettivo grado di vincolo tra traversi e travi principali. Al fine di simulare la sezione composta di acciao+cls si è utilizzata la tipologia di sezione offerta dal programma come sezione “composta”.
Ogni isolatore è rappresentato da una molla elastica avente rigidezza orizzontale calcolata mediante procedimento iterativo in modo tale che lo spostamento di progetto assunto e quello calcolato sia inferiore al 5%. Per la modellazione dei carichi variabili viaggianti, si è utilizzata la funzione fornita da Midas/Civil che permette di simulare la variabilità spaziale (longitudinale e trasversale) dei carichi variabili come da Normativa. Per il calcolo delle sollecitazioni sono stati utilizzati tre differenti
modelli:

  • Immagine7modello di solo acciaio in cui la soletta di calcestruzzo non è modellata
  • modello che schematizza la soletta per azioni di lunga durata: carichi permanenti, ritiro e viscosità, cedimenti vincolari
  • modello che schematizza la soletta per azioni di breve durata: carichi variabili e mobili, vento, temperatura, frenatura, centrifuga ed azioni sismiche.

 Nel calcolo globale della struttura si è tenuto conto della fessurazione della soletta sugli appoggi intermedi. Per il ritiro e viscosità si sono seguite le indicazioni del par. 3.1.4 dell’ EC2-1:2005, che discerne tra effetti primari e secondari. Effetti primari (isostatici): il ritiro è applicato sull’impalcato attraverso un sistema di forze equivalenti. Effetti secondari (iperstatici): gli effetti iperstatici sono prodotti dalle sole reazioni vincolari che costituiscono un sistema di forze auto-equilibrato. Si è considerata una variazione termica uniforme di tutta la struttura pari a T = ±15°C. Si è considerata, inoltre, un gradiente di temperatura di 10°C tra estradosso ed intradosso impalcato (soletta calda/fredda). Lo sforzo normale e il relativo momento flettente (isostatici) sono da intendersi applicati a ogni trave.

Immagine2Gli effetti iperstatici sono conseguenti alla deformazione impedita degli appoggi, nei quali si genera un sistema auto-equilibrato di reazioni vincolari. Si è considerata la possibilità di un cedimento orizzontale – che apre l’arco alle imposte – di 100 mm allo SLU e 70 mm allo SLE. Questi valori sono congruenti con quelli ottenuti da un’analisi geotecnica della fondazione dell’arco. La valutazione delle azioni sismiche è stata effettuata mediante analisi modale dell’impalcato associata allo spettro di risposta di progetto scalato opportunamente del fattore come richiesto in presenza di analisi con isolatori in campo elastico. Essendo l’opera situata in zona 2 (ag>0.15g), deve essere presa in conto anche la componente verticale. Si è fatto riferimento alle sole masse corrispondenti ai pesi propri ed ai sovraccarichi permanenti. Sovrastruttura e sottostruttura sono state verificate allo SLV considerando gli effetti dell’azione sismica divisi del fattore q = 1.5 (par. 7.10.6.2.1 NTC), mentre i dispositivi del sistema d’isolamento sono stati verificati allo SLC valutando per essi lo spostamento minimo da assicurare e la corrispondente azione orizzontale per il progetto dell’appoggio stesso. Le verifiche flessionali (SLU e SLV) degli impalcati sono state svolte sulla base di una distribuzione elastica delle tensioni sulla sezione, affidando il taglio alla sola anima della trave metallica. Le verifiche a pressoflessione (SLU e SLV) dell’arco sono state svolte alla base (attacco arco-fondazione) e in corrispondenza del collegamento arco acciaio-calcestruzzo. La verifica a taglio (SLU e SLV) degli impalcati è stata effettuata calcolando la tensione tangenziale sull’anima del profilo, considerando reagente solo l’area a taglio dello stesso. Sono state effettuate la verifica all’imbozzamento dei pannelli e la verifica degli irrigidimenti trasversali. Si è verificato che in nessun punto venissero superate le tensioni limite relative all’acciaio e che le inerzie degli irrigidimenti risultassero sempre superiori alle relative inerzie minime. Si è controllato che la freccia delle travi principali fosse inferiore ai valori prescritti in letteratura.

VANTAGGI NELL’UTILIZZO DI MIDAS NELLE ANALISI STRUTTURALI

Di seguito si riportano le principali funzionalità di Midas/Civil che si sono tradotte in tangibili vantaggi per il nostro lavoro.
Prima di tutto, Midas/Civil dispone di differenti modalità di input, ciascuna vitale per il controllo e la gestione del modello:

  • Input grafico con i comandi presenti nell’interfaccia del programma
  • Input da CAD; è possibile importare file in formato DXF. Da questi file vengono importate linee alle quali le sezioni ed i materiali sono associati già durante la fase di trasferimento dati, in modo che le linee giungano in Midas/Civil già come beam con sezione definita.
  • Input tabellare: per ogni oggetto inserito nel modello, Midas/Civil dispone di un’equivalente forma tabellare in stile Microsoft Excel e perfettamente compatibile con questo. Ogni modifica effettuata nell’interfaccia grafica genera un aggiornamento automatico della tabella e viceversa.

La generazione delle sezioni trasversali può avvenire nei seguenti modi:

  • Utilizzo del profilarlo;
  • Sezioni di forma generale definibili tramite i parametri meccanici;
  • Sezioni di forma generale importabili tramite il tool SPC (Section Property Calculator), strumento integrato nei programmi Midas Civil e Gen per il disegno di sezioni di forma qualunque.

Midas/Civil dispone di un profilario che contiene tutti i principali tipi di sezioni per analisi di infrastrutture. In particolare nel caso di ponti sono disponibili: sezioni standard, sezioni del tipo SRC (acciaio rivestito in cls), sezioni del tipo PSC (a cassone mono/ pluricellulare anche personalizzabili) e sezioni Composite (sezioni miste acciaio/cls e cls/cls precompresso). Infine è possibile definire una variazione continua di tipo lineare/parabolico/cubico di proprietà meccaniche di elementi beam.

PERCHE’ SO.TEC. HA SCELTO MIDAS

Da quando SO.TEC. ha introdotto l’uso di Midas nella sua attivitàlavorativa quotidiana, i miglioramenti sono stati molteplici e significativi.
Relativamente al progetto di ponti, è particolarmente utile l’archivio di sezioni composte. Nel caso particolare di sezioni in acciaio/cls sono predefinite le seguenti tipologie:

  • Sezioni con soletta rettangolare e travata ad I
  • Sezioni con soletta rettangolare e travata a cassoneImmagine3

Di grandissimo aiuto è stato il tool per il disegno di sezioni di forma qualunque anche multi-materiale implementato all’interno del programma (il modulo SPC) integrato gratuitamente all’interno dei software Midas/Civil e Midas/ Gen. Il programma SPC è molto agevole poiché dispone di tutti i comandi tipici di un ambiente CAD. E’ in grado di modellare sezioni piene oppure lamierati. Già in ambiente SPC vengono calcolate tutte le proprietà geometriche della sezione: area, momenti di inerzia, modulo resistente; quest’ultimo è calcolabile in quanto già in SPC alla sezione sono associate le proprietà dei materiali. Inoltre il modulo SPC dispone di particolari funzionalità utili per affrontare diverse problematiche tipiche nella definizione delle sezioni generiche. Nel caso delle sezioni in parete sottile (travi a cassone chiuso, ad esempio) è possibile indicare nel modello un circuito chiuso in modo da valutare correttamente la J torsionale. Nel caso di sezioni cave, SPC è in grado in automatico di discernere tra zone piene e vuote. Questa situazione si presenta comunemente in corrispondenza delle pile e delle spalle di un ponte. Nel caso di sezioni miste acciaio/ cls o cls/cls precompresso, SPC dispone di una funzionalità che consente di assegnare materiale diverso a zone distinte della sezione, procedendo poi in automatico al calcolo delle proprietà omogeneizzate al fine dell’analisi.