L'isolamento sismico di ponti e viadotti al centro del progetto Strit | Ingegneri.info

L’isolamento sismico di ponti e viadotti al centro del progetto Strit

Sviluppato dalla Fondazione Eucentre, il progetto Strit punta a una strategia di adeguamento sismico basata sull’adozione di dispositivi di isolamento interposti tra le pile e l'impalcato

Apice
image_pdf

Il Progetto Strumenti e Tecnologie per la gestione del Rischio delle Infrastrutture di Trasporto (Strit) è un progetto di ricerca che è stato presentato nell’ambito del Programma Operativo Nazionale “Ricerca e Competitività 2007-2013” Regioni Convergenza – “Settore: Ambiente e Sicurezza”.  Si sviluppa attorno a diversi temi che vengono affrontati in un’ottica di ricerca specialistica e di attività sperimentali condotte in laboratorio o sulle infrastrutture (ponti) dei siti dimostratori.

Il progetto Strit è portato avanti, sotto la guida scientifica dell’Università “Federico II” di Napoli, dell’Università della Calabria, Enti di Ricerca, tra cui la Fondazione Eucentre e AMRA ed aziende private del settore; STRESS scarl, società consortile e Distretto per le Costruzioni della Campania è capofila del progetto ed è responsabile del suo coordinamento.

Obiettivi Progetto Strit

L’obiettivo principale del progetto è affrontare i temi della valutazione, gestione e mitigazione dei rischi ambientali legati alle grandi infrastrutture di trasporto, al fine di ottimizzare gli interventi di manutenzione e/o di adeguamento strutturale di elementi o di opere d’arte in un’ottica multi-scala e multi-livello.
Le attività sono articolate in diverse linee di ricerca che si svolgono in modo autonomo, ma in un’ottica di complementarità e congruenza con l’obiettivo complessivo di progetto che trova sintesi nell’intervento dimostratore.
In particolare, la fondazione Eucentre, come spiega l’ing. Barbara Borzi, in qualità di Coordinatore Sezione Vulnerabilità e Gestione Territoriale di Eucentre, lavora attivamente al perseguimento dei cinque obiettivi prefissati dal progetto Strit, ovvero:

1. Sviluppo di metodi per la valutazione della vulnerabilità delle grandi infrastrutture viarie
A seguito di campagne sperimentali, di caratterizzazioni dei livelli di prestazione dei singoli elementi, sono stati prodotti strumenti di calcolo della vulnerabilità dell’intero sistema. Dopodiché, sono stati implementati metodi e strumenti per la valutazione della sicurezza di ponti e delle relative opere geotecniche.

2. Metodi e tecnologie di riduzione del rischio delle grandi infrastrutture viarie
Avendo come input i dati di vulnerabilità è stato possibile definire gli interventi di adeguamento e/o miglioramento delle prestazioni strutturali, mediante l’impiego di tecniche tradizionali o innovative, tra cui ad esempio:

  • calcestruzzi ad alte prestazioni,
  • barre in FRP,
  • strategie di controllo passivo,
  • isolamento sismico,
  • ottimizzazione dei sistemi di rivestimento delle gallerie.

La tecniche d’intervento si baseranno sui dati recepiti in sito attraverso il monitoraggio intelligente di parametri necessari alla progettazione e sull’analisi del costo di ciclo di vita (LCC) delle opere. è stato inoltre implementato un sistema di supporto alle decisioni (DSS) per il bridge management.

3. Impiego di tecniche di monitoraggio avanzate
Si tratta di tecniche real-time di rilevamento di grandezze statiche e dinamiche, basate su sensoristica e algoritmi di controllo a basso costo e consumo, pensate per il monitoraggio permanente in condizioni estreme, con specifiche componenti per il supporto logistico (energia, connessione dati, gestione remota).

4. Gestione in tempo reale del rischio sismico delle grandi infrastrutture e gestione dell’emergenza che prevede lo studio di:

  • Sistemi di early warning sismico (EWS) per le grandi infrastrutture di trasporto, ovvero tutte le azioni che possono essere intraprese tra il momento in cui si ha una ragionevole certezza del verificarsi di un evento catastrofico in una data località ed il momento, intervallo dell’ordine della decina di secondi in funzione della distanza fra la sorgente e il sito;
  • Modelli per la conduzione di analisi: di definizione dello scuotimento in tempo reale con leggi di attenuazione regionalizzate; rapid damage detection; stima della domanda di trasporto nell’immediato post-evento catastrofico;
  • Algoritmi per il controllo di sistemi semi-attivi di protezione strutturale (attrito variabile, smorzamento viscoso variabile o con fluidi controllabili) integrati con il sistema EWS.

5. Applicazione “Dimostratore”
Si tratta di una piattaforma WebGIS che integra i modelli e gli algoritmi di calcolo sviluppati nelle attività di cui agli obbiettivi da 1 a 4 e di prove sperimentali in laboratorio o in situ su ponti reali.

Figura 1 – Piattaforma “Dimostratore” (http://webgis.progetto-strit.it/strit/)

Figura 1 – Piattaforma “Dimostratore” (http://webgis.progetto-strit.it/strit/)

 

Attività presso Eucentre - Pila del ponte;

Attività presso Eucentre – Pila del ponte;

 

Isolatore sismico testato

Isolatore sismico testato

La Fondazione Eucentre, in veste di consorzio di ricerca, ha partecipato attivamente ai cinque obiettivi prefissati.
La sua attività di dimostratore ha previsto anche lo svolgimento di alcune prove particolarmente specialistiche presso il suo laboratorio con sede a Pavia (EUCENTRE TREES Lab, Laboratory for Training and Research in Earthquake Engineering and Seismology). In particolare, è stata condotta una campagna sperimentale fondata sulla tecnica di prova ibrida che prevede l’impiego simultaneo di sotto-strutture numeriche e sperimentali che, interagendo tra loro in real-time, durante l’esecuzione del test, restituiscono una risposta realistica dell’intera struttura idealmente testata.

Oggetto della prova è l’elemento “pila” del ponte, considerata sia in configurazione originale, cioè senza interventi di adeguamento, che in configurazione isolata, post-intervento di adeguamento. In quest’ultimo caso, sono stati testati simultaneamente pila e dispositivo di isolamento.
Le caratteristiche dell’isolatore (Figura 2b) impiegato sono le seguenti:

  • isolatore a pendolo a doppia superficie di scorrimento
  • carico verticale massimo 3100 kN
  • spostamento orizzontale ammissibile +/- 250 mm
  • attrito ad alte velocità circa 8%

Le dimensioni dei due elementi sono rispettivamente in scala 1:2 per la pila e 1:1 per l’isolatore sismico. Le scale adottate per entrambe gli elementi sono risultate assolutamente compatibili con il loro comportamento reale: nel caso della pila, predisporre un elemento in scala 1:1, cioè dell’altezza di 12 metri, sarebbe stato incompatibile con le dimensioni del laboratorio.

La tipologia di prova, definita prova ibrida con sotto-strutturazione; è stata inoltre implementata un’innovativa strategia di “online model updating” basata sul “Unscented Kalman Filter”, la quale consente l’aggiornamento in tempo reale (durante l’esecuzione della prova stessa) delle caratteristiche meccaniche delle pile modellate numericamente in funzione del grado di danneggiamento rilevato sulla pila fisica, in termini di rigidezza e di resistenza.
La pila è testata nell’area dei muri di riscontro mentre l’isolatore è testato, sempre in laboratorio, con una macchina di prova dinamica, unica in Europa, specificatamente progettata per riprodurre le condizioni realistiche di questo elemento in fase di esercizio e se soggetto al carico sismico (TREES Lab Bearing Testing System).

Al momento la campagna sperimentale è completa, ed ha avuto come obiettivo, oltre che alla progettazione, anche:

  • l’implementazione e la validazione del sistema di prova ibrido che presenta notevoli vantaggi rispetto alle prove dinamiche, difficilmente realizzabili su strutture spazialmente distribuite come i ponti;
  • la valutazione della vulnerabilità di un ponte avente caratteristiche rappresentative di una buona parte del costruito esistente;
  • la verifica dell’efficacia di una strategia di adeguamento basata sull’adozione di isolatori sismici interposti tra la pila e l’impalcato.

Di seguito una breve rassegna dei ponti e viadotti utilizzati dai dimostratori per la conduzione e il raggiungimento degli obiettivi del progetto Strit.

 

Apice (Bn)

Apice

È una struttura composta: travi in acciaio e soletta in c.a. Con predalles, che attraversa con 3 campate il fiume Ufita. Nel 2013, evento climatico eccezionale che provocò lo scalzamento delle sottostrutture e il conseguente crollo di una pila. Questa fu sostituita con una struttura temporanea che ne ha consentito il transito veicolare con qualche restrizione di traffico.

Indagini svolte: Fase conoscitiva
– Rilievo 3D mediante laser scanner
– Sondaggi geognostici + prove down-hole
– Operazioni di diagnostica delle sottostrutture e delle fondazioni
– Rilievi batimetrici e della zona dell’alveo
– Prove dinamiche operative (9 marzo 2015)
In corso: Monitoraggio
Si tratta di strumentazione sia convenzionale che innovativa (mems, wireless) che permette di studiare il ponte nelle sue condizioni operative e di funzionalità per un periodo prolungato e fino al termine del progetto (on line !DATASET dedicata al ponte Ufita).

 

Longobucco (Cs)

Longobucco

È una struttura in C.A. ad arco con 3 campate di accesso alla stessa (1 da un lato e 2 dall’altro) costruita negli anni ’60.

Indagini svolte: Fase conoscitiva
– Verifica dimensioni geometriche, sia altimetriche che planimetriche, riportate sulle tavole grafiche del progetto esecutivo fornito dall’Amministrazione Comunale di Longobucco.
– Prova di caratterizzazione dinamica (accelerazioni indotte dal vento e dal traffico)
– diagnosi degrado cls (pacometro, sclerometro, ultrasuoni e penetrometri)
– caratterizzazione meccanica della tecnologia costruttiva
In corso: Analisi non lineari per la caratterizzazione dei livelli di prestazione.

 

Arenazza, Cetraro (Cs)

Cetraro

Il viadotto è caratterizzato da 2 campate di dimensioni simili costruite con travi prefabbricate ed è apparentemente simmetrico rispetto alla pila. Le campate sono appoggiate agli estremi su spalle in cemento armato, in corrispondenza delle quali sono stati sistemati degli smorzatori. La soletta è giuntata in corrispondenza dell’appoggio sulla pila dove sono stati sistemati degli ulteriori smorzatori.

Indagini in corso: In fase di ultimazione le attività diagnostiche finalizzate alla determinazione dei livelli prestazionali del ponte.

 

Caprovini, Cetraro (Cs)

Caprovini

È una struttura a tre campate in cemento armato, apparentemente simmetrica. La campata centrale poggia su doppia struttura ad andamento parabolico con travi irrigidenti. Le campate laterali, oltre ad essere giuntate alla struttura ad arco, poggiano su spalla in cemento armato ed in mezzeria su stampella in c.a. avente doppia colonna.

Indagini in corso: in fase di ultimazione le attività diagnostiche finalizzate alla determinazione dei livelli prestazionali del ponte.

 

Fiumefreddo (Cs)

Fiumefreddo

È una struttura ad una sola campata con travi in c.a.p. poggiante su spalle costituite da pali e pulvini con speroni in pietra preesistenti.

Indagini in corso: in fase di ultimazione le attività diagnostiche finalizzate alla determinazione dei livelli prestazionali del ponte.

 

Per la stesura dell’articolo, abbiamo intervistato Barbara Borzi, che si ringrazia sentitamente per la disponibilità.

Chi è Barbara Borzi
Barbara Borzi è Primo Ricercatore ad Eucentre, dove si è trasferita nel settembre 2004 dopo aver trascorso un lungo periodo all’estero. I suoi principali interessi di ricerca sono (i) la valutazione del rischio sismico a scala urbana o territoriale di strutture ed infrastrutture, (ii) l’implementazione di metodi analitici per la valutazione della vulnerabilità a scala urbana, (iii) la modellazione del comportamento non lineare di strutture soggette ad azione sismica, (iv) l’implementazione di metodologie semplificate per l’analisi da adottarsi quando sono noti pochi dati oppure l’onere computazionale della analisi di dettaglio non può essere gestito. Barbara Borzi ha coordinato per conto della fondazione Eucentre numerosi progetti che hanno visto fra i principali prodotti attesi lo sviluppo di piattaforme informatiche con funzionalità GIS per la definizione del rischio e il supporto nella gestione delle emergenze in caso di evento calamitoso.

Copyright © - Riproduzione riservata
L'autore
L’isolamento sismico di ponti e viadotti al centro del progetto Strit Ingegneri.info