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Livello 4 parte 3 – linee guida ponti esistenti: modalità operativa

Prosegue il percorso di approfondimento sui livelli di analisi ponti esistenti. Analizziamo in questo articolo la terza parte del Livello 4 sulle modalità operative

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linee guida ponti esistenti

Dopo aver sviluppato la fase conoscitiva dei materiali e dello schema strutturale, la nuove “Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti” descrivono le modalità operative, contenute nel Livello 4, per eseguire la verifica della sicurezza dell’infrastruttura esistente mediante modellazione strutturale ai sensi delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC18).

Il Livello 4 rappresenta un’ulteriore fase di approfondimento della sicurezza dei soli ponti che hanno ricevuto nel Livello 2 delle Linee Guida una Classe di Attenzione (CdA) Alta, oppure di quelli la cui analisi nel precedente Livello 3 ha evidenziato particolari criticità.

La valutazione del livello di sicurezza avverrà con le consuete procedure di analisi strutturale previste dalla medesima norma tecnica. Tuttavia sussitono una serie di parametri e aspetti tecnici legati al traffico veicolare e a coefficienti di sicurezza, che le Linee Guida specificano nel contesto della particolare articolazione strutturale dei ponti.

Vediamo in sintesi quali di questi aspetti tecnici devono essere tenuti in considerazione all’interno della modellazione strutturale dello stato di fatto di un ponte esistente.

Questo approfondimento si aggiunge ai precedenti articoli:

Fasi operative della verifica

L’analisi della sicurezza strutturale del ponte esistente deve sviluppare tutte le seguenti fasi:

  • valutazione delle azioni: carichi permanenti, azioni da traffico, azione sismica e altre azioni;
  • combinazioni di carico: combinazioni statiche e sismiche e relativi coefficienti parziali di sicurezza;
  • valutazione dei parametri meccanici dei materiali e relativi coefficienti parziali di sicurezza;
  • modellazione della costruzione, materiali ed azioni;
  • analisi strutturale e valutazione delle azioni statiche e dinamiche;
  • valutazione della resistenza e verifiche di sicurezza statiche e sismiche.

In riferimento ai modelli di carico veicolare e al livello di sicurezza risultante dalle verifiche di Livello 4, le Linee Guida individuano tre distinte situazioni per un ponte esistente:

  • ADEGUATO, quando le verifiche sono soddisfatte secondo le Norme Tecniche utilizzando i carichi e i fattori parziali in esse previsti;
  • OPERATIVO, un ponte per cui siano soddisfatte le verifiche eseguite utilizzando i principi esposti nelle Norme Tecniche ma facendo riferimento nella valutazione dei fattori parziali relativi ai carichi e ai materiali ad un tempo di riferimento ridotto. Il valore del tempo di riferimento tref convenzionalmente assunto a livello indicativo nelle presenti Linee Guida è pari a 30 anni;
  • TRANSITABILE, un ponte per cui siano soddisfatte le verifiche eseguite su un orizzonte temporale ridotto, entro il quale si progettino e realizzino lavori di adeguamento o operatività, adottando i provvedimenti: (a) “limitazione dei carichi consentiti” o (b) “restrizione d’uso del ponte”. L’arco temporale tref , equivalente al tempo di progettazione ed esecuzione dei lavori di messa in sicurezza, è ridotto ad un massimo di 5 anni.

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Le valutazioni saranno funzione dei livelli di approfondimento che dovranno essere raggiunti, secondo il seguente schema:

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Figura 1. Tabella dei livelli di analisi in funzione delle finalità delle verifiche.

Valutazione delle azioni

Le Linee Guida diversificano l’utilizzo di coefficienti amplificativi delle azioni in funzione delle classi di operatività del ponte.

Per le situazioni riferite ad un ponte Operativo o Transitabile, è suggerita l’adozione di coefficienti parziali ridotti in funzione del limitato arco temporale tref. In particolare per la situazione di ponte Transitabile,

«[…] si utilizzano ancora gli schemi di carico delle Norme Tecniche con coefficienti parziali ridotti, ma adattandoli alla nuova configurazione geometrica assunta dalla carreggiata stradale a seguito dell’introduzione del provvedimento preso. Nel caso in cui, ad esempio, sia prevista l’imposizione di un senso unico alternato su una strada a doppia corsia, gli schemi convenzionali di carico previsti dalla norma saranno applicati considerando la riduzione della larghezza della carreggiata».

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Sebbene le suddette verifiche siano eseguibili col consueto metodo semiprobabilistico agli stati limite, basato sull’impiego di fattori parziali di sicurezza, tuttavia è «[…] espressamente previsto, inoltre, che per opere di particolare importanza, si possano adottare metodi di livello superiore, tratti da documentazione tecnica di comprovata validità».

I principi per la valutazione dei valori dei fattori per le strutture di calcestruzzo armato e calcestruzzo armato precompresso possono essere ricercati in modo affidabile utilizzando l’EN 1990 “Eurocode 0, Basis of structural and geotechnical design”. In particolare, le Linee Guida propongono il metodo “Adjusted Partial Factor Method” (APFM) per la calibrazione di coefficienti parziali di sicurezza in funzione dell’indice di affidabilità, β, a sua volta correlato alla probabilità di collasso nel tempo di riferimento tref. I ponti, in generale, ricadono nella Classe di Conseguenza 3 (CC3), secondo l’EN 1990.

I relativi coefficienti parziali di sicurezza sono riportati nella seguente tabella in funzione del livello di operatività:

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Figura 2a. Fattori parziali di sicurezza per i carichi permanenti.
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Figura 2b. Fattori parziali di sicurezza per i carichi permanenti.

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Progettazione strutturale e normativa tecnica: Eurocodici e NTC 2018

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Lo studio delle strutture fonda le sue basi sugli insegnamenti della Scienza e della Tecnica delle Costruzioni nelle loro varie articolazioni. Se è quest’ultima a fornire le diverse possibilità con cui si può affrontare un determinato aspetto della progettazione, è poi la norma – sulla base delle esperienze e del progresso tecnologico – a fornire i criteri da seguire e rispettare. In questo senso, gli Eurocodici rappresentano il riferimento normativo nel settore delle costruzioni in tutta Europa e sono “tradotti” in Italia dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (d.m. 17 gennaio 2019) e dalla relativa circolare esplicativa n. 7/2019.
Lo sforzo di sintesi operato dalla normativa italiana e la stessa complessità degli Eurocodici sono però un serio ostacolo per una chiara comprensione della materia e per la sua corretta applicazione nella pratica professionale.

Il presente manuale ha l’obiettivo di offrire una semplice ed efficace guida alla lettura della nuova normativa di riferimento per il settore delle costruzioni. Partendo dalla spiegazione teorica dei fenomeni e dei principi, si arriva alla giustificazione delle relazioni e delle regole contenute nelle NTC 2018 e negli Eurocodici.

Per offrire al professionista un percorso lineare e di progressivo avvicinamento alla norma, il presente testo tratta degli elementi di base, che hanno la caratteristica di essere comuni a tutte le tipologie strutturali: geotecnica e comportamento del terreno, carichi, fondazioni, solai, protezione sismica e strutture esistenti. Il manuale è scritto in maniera semplice, chiara ma rigorosa, arricchito da numerosi esempi di calcolo svolti per fornire al lettore uno strumento di comprensione efficace.

Santino Ferretti
Ingegnere, svolge la libera professione nel settore delle costruzioni, occupandosi di progettazione geotecnica e di strutture antisismiche, nonché di adeguamento sismico delle strutture. Ha approfondito particolarmente la dinamica strutturale e la modellazione dei materiali sia in campo lineare che non lineare.

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Tutte le suddette assunzioni sono pienamente conformi al disposto delle NTC18 che, per le costruzioni esistenti, al § 8.5.5 recitano: “Per i carichi permanenti, un accurato rilievo geometrico-strutturale e dei materiali potrà consentire di adottare coefficienti parziali modificati, assegnando a ϒG valori esplicitamente motivati”.

Nel caso di classe di conseguenza diversa dalla CC3, occorre fare riferimento alla Tabella A.2 dell’Appendice.

Conseguentemente, vengono introdotti coefficienti parziali di sicurezza anche per i carichi variabili da traffico veicolare e per il vento, sulla scia di quanto suggerito dal Bollettino fib80, riassunti nelle tabelle seguenti:

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Figura 3a. Fattori parziali di sicurezza per i carichi variabili da traffico e da vento.
Figura 3a. Fattori parziali di sicurezza per i carichi variabili da traffico e da vento.

«I fattori parziali di sicurezza, infatti, permettono di tener conto in maniera implicita delle incertezze legate alla modellazione dei carichi e alla loro variabilità, nonché delle incertezze associate alla modellazione degli effetti delle azioni. Pertanto, […] nel caso di strutture esistenti, in funzione del livello di approfondimento delle indagini condotte in termini di misure geometriche, caratteristiche dei materiali, modellazione strutturale, eventuali analisi di identificazione dinamica, riscontro con prove di carico di progetto, si può ottenere una riduzione significativa delle incertezze di modello e, quindi, un’ulteriore riduzione del fattore parziale, che dunque assume […]» valore pari a 1,10, «[…] corrispondente alla condizione (3) riportata in Tabella 6.3.2, ossia nelle condizioni in cui si dispone di un accurato controllo statistico della geometria della struttura e delle parti non strutturali e delle densità dei materiali».

«Data la rilevanza delle strutture da ponte e la necessità di conoscenza del comportamento reale della struttura in vista del monitoraggio della stessa, è consigliata la scelta e l’aggiornamento del modello complessivo strutturale anche mediante confronti con prove statiche ed eventualmente con analisi di identificazione dinamica. È suggerito, specialmente nel caso di strutture da ponte dal comportamento complesso, la riduzione dell’incertezza di modello strutturale».

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Nel caso di verifiche di transitabilità e operatività, analogamente a quanto visto per i fattori parziali di sicurezza lato azioni, anche i coefficienti parziali di sicurezza relativi alle caratteristiche dei materiali da impiegare nella valutazione di sicurezza di strutture esistenti possono essere ridotti, secondo la seguente tabella:

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Figura 4. Fattori parziali di sicurezza dei materiali in condizioni di operatività e Transitabilità.

Riguardo le azioni sismiche da tenere in considerazione nulla cambia rispetto a quanto prescritto dalle NTC18, così come occorrerà valutare nella modellazione strutturale anche le eventuali azioni idrodinamiche agenti sulle pile e la verifica della stabilità dei versanti, ai sensi di quanto già prescritto nella norma tecnica di riferimento.

Verifiche di sicurezza

Le verifiche di sicurezza saranno eseguite secondo le indicazioni delle NTC18, valutando i rispettivi rapporti ξV e ξE come descritto al § 6.1.5 delle stesse norme tecniche.

Considerata la particolarità del contesto di molti ponti, è necessario approfondire le verifiche del sistema di fondazione, le verifiche locali e agli stati limite di esercizio.

In primis, riguardo le fondazioni, le valutazioni andranno estese nei casi di dissesti o cedimenti fondazionali già esistenti, oppure quando, dall’analisi della sicurezza, emerga la possibilità di eventuali fenomeni di erosione e modifica del terreno attorno alle fondazioni, di liquefazione del terreno dovute ad azioni sismiche di progetto.

Tra le problematiche di analisi locale, rientra per esempio la verifica a taglio delle solette in c.a., in quanto le verifiche previste dalle attuali Norme Tecniche sembrano essere troppo cautelative nel caso di strutture esistenti, col rischio di portare ad interventi di rinforzo troppo invasivi. Le Linee Guida suggeriscono pertanto una formulazione più semplificativa del taglio resistente, adatta al caso di strutture esistenti.

Infine, «quando si proceda all’adeguamento del ponte, occorre evidentemente effettuare le verifiche agli SLE tenendo in conto come gli effetti reologici si siano, in parte o in maggioranza, già sviluppati nel corso della vita della struttura».

Resta aggiornato e leggi l’approfondimento dei successivi livelli di indagine negli articoli:

Scarica i pdf (aggiornamento 3 dicembre 2021):

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È diviso in tre parti: nella Prima Parte sono descritti i vari meccanismi di innesco e propagazione del collasso progressivo delle strutture.

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Il volume è corredato dal testo integrale delle Linee Guida del Consiglio superiore dei lavori pubblici comprensivo di indice sistematico, inoltre, associato al manuale vengono fornite le schede editabili in formato Excel relative all’allegato B (schede ispezione ponti di livello 1).

Andrea Barocci
Ingegnere, fondatore di IDS-Ingegneria Delle Strutture, si occupa di strutture e rischio sismico sia in ambito professionale che come componente di Organi Tecnici, Comitati, Associazioni. Autore di pubblicazioni in materia e docente in numerosi corsi e seminari. Le schede allegate in Excel sono state realizzate da Matteo Vandi, laureato in Ingegneria civile, con una predisposizione sviluppata durante il percorso di studi per le strutture e ponti e una particolare attitudine al calcolo automatico.

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