VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA DEL VIADOTTO AUTOSTRADALE VIZZANA-ZAMPOGNA ATTRAVERSO LO STUDIO COMPARATIVO DEI METODI DI ANALISI NON LINEARE CON DIFFERENTI SCENARI DI CARICO

blog 29.01.2021

AUTORE: Dott. Ing. Daniele Collura

TUTORS: Prof. Pietro Crespi; Dott. Ing. Marco Zucca

INTERNSHIP: Direzione del Genio della Marina Militare

MASTER: Master di 2° Livello in “Progettazione sismica delle strutture per costruzioni sostenibili” a.a 2019/2020

La sicurezza del patrimonio infrastrutturale risulta essere tra i temi di più viva attualità del nostro tempo. I recenti avvenimenti di cronaca hanno drammaticamente messo in luce delle criticità strutturali oggettive di molte opere d’arte stradali ed autostradali italiane. La cultura della manutenzione non ha in realtà dimostrato, negli anni, di essere all’altezza del fervore ingegneristico vivo e geniale che ha caratterizzato gli anni del dopoguerra. A questo si aggiunge il fatto che i ponti e viadotti nati in quegli anni e che costituiscono ancora oggi la maggior parte dell’intero parco infrastrutturale nazionale, non furono progettati beneficiando di una vera e propria “normativa antisismica”. A tal riguardo, i progressi scientifici degli ultimi decenni si sono susseguiti con una straordinaria rapidità e profondità di contenuti sia in campo sismologico con la definizione di una mappa di pericolosità sismica nazionale sia nel campo dell’ingegneria strutturale con le più avanzate teorie sulle performance attese, e hanno condizionato tutti i più recenti aggiornamenti delle Norme Tecniche per le Costruzioni. In tale quadro d’insieme si colloca il viadotto autostradale Vizzana-Zampogna (A15) oggetto del presente studio di vulnerabilità sismica: questo con i suoi oltre 360 metri di campate isostatiche sorrette da pile a fusto unico e sviluppate su un tracciato curvilineo, rappresenta un interessante spaccato dello stato dell’arte dei viadotti in cemento armato che ereditiamo dal passato. Lo studio si basa su una schematizzazione ad elementi trave di opportuna geometria e sulla definizione di cerniere non lineari a plasticità concentrata e calibrate secondo le effettive capacità sezionali delle singole pile. Scopo del lavoro è quello di individuare qualitativamente le pile maggiormente vulnerabili all’azione sismica e di studiare gli effetti che, in tal senso, vengono indotti introducendo scenari di carico ed intensità di terremoti differenti. Per far questo si sono condotte e confrontate due strategie di analisi non lineari differenti: statica e dinamica al passo. Poiché la prima risulta, in generale, particolarmente suscettibile alla scelta iniziale del profilo di carico di spinta si è preferito applicare al viadotto una pushover multi-modale. In questo modo, prendendo in considerazione i profili di spinta associati a tutti i modi rappresentativi della dinamica della struttura, è possibile ricavare risultati particolarmente affidabili. Se da un lato i risultati ottenuti con l’analisi statica sono risultati in linea con quanto ricavato con l’analisi dinamica, dall’altro si è anche evidenziato come il maggior grado di approssimazione delle analisi statiche realizzino in generale risultati maggiormente conservativi. Nello specifico si è visto come il carico da traffico (considerato appositamente presente nella combinazione di carico da sisma) tenda ad avere l’effetto benefico di ridistribuzione delle sollecitazioni su tutte le pile del viadotto, favorendo un comportamento globale e innalzando, di fatto, la capacità del viadotto nel suo insieme. Al contrario, emerge l’importanza di appositi studi di risposta sismica locale, i quali se trascurati, rischiano di condurre ad una forte sottostima dello scuotimento alla base delle strutture. Nonostante la storia sismica del recente passato, abbia mostrato il sostanziale rispetto dello stato limite della salvaguardia della vita dei ponti esistenti in Italia, la cura e l’approfondimento della tematica risulta di primario rilievo per la difesa della strategicità delle opere d’arte stradali, le quali oltre a custodire un valore storico-culturale devono garantire proprio in caso di calamità naturali come il sisma la piena operatività e funzionalità, onde evitare la paralisi del sistema di Protezione Civile.

 

 

FOR FOREIGN STUDENTS:

The safety of the infrastructural heritage is one of the most relevant issues of our time. Recent current events have dramatically highlighted many structural criticalities of Italian motorway network. Over the years, the culture of maintenance has not actually shown to be as deep-rooted as the brilliant engineering fervor that characterized the post-war years. Moreover, the bridges and viaducts born in those years and which still make up most of the entire national infrastructure, were not designed under real “anti-seismic legislation”. In this regard, the scientific progresses of the last decades have followed with an extraordinary rapidity and depth of content both in the seismological (with the definition of a national seismic hazard map) and in the structural engineering field by virtue of the most advanced theories on expected performance. As a matter of fact this engineering advances have affected all the most recent updates of the technical regulations for construction (NTC18). The Vizzana-Zampogna motorway viaduct (A15), subject of the present seismic vulnerability study, appears in this overall picture. It spreads on a curved path over more than 360 meters with isostatic spans supported by single-stem piles and represents an interesting insight into the state of the art of reinforced concrete viaducts that we inherit from the past. The study is based on a beam elements schematization and on the definition of non-linear hinges with concentrated plasticity and calibrated according to the effective sectional capacities of the piers. The aim of the work is to identify the most vulnerable piles to seismic action and to study the effects that are induced by introducing different load and intensity scenarios earthquakes. To do this, two different non-linear analysis strategies were conducted and compared: static and dynamic. Since the former is, in general, particularly susceptible to the initial choice of the load profile, it was preferred to apply a multi-modal pushover analysis. In this way, taking into consideration the thrust profiles associated with all the representative modes of the dynamics of the structure, it is possible to obtain particularly reliable results. If on the one hand the results obtained with the static analysis were found to be in line with the results obtained with the dynamic analysis, on the other hand it was also shown that the greater grade of approximation of the static analyzes generally achieve more conservative results. Specifically, it has been seen how the traffic load (considered specifically present in the combination of earthquake load) tends to have the beneficial effect of redistribution of the stresses on all the piers of the viaduct, favoring a global behavior, raising the capacity of the viaduct as a whole. On the contrary, clearly appears the importance of specific seismic local response studies which, if neglected, risk leading to a strong underestimation of the seismic force applied to base of the structures. Despite the seismic history of the recent past, which has shown substantial respect for the limit state of safeguarding the life of existing bridges in Italy, the study of the seismic vulnerability issue is of primary importance for the defense of the strategic nature of bridges, which, must guarantee full operation and functionality in the event of natural disasters such as the earthquake, to avoid paralysis of the Civil Protection system.+

 

 

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