Progetto Costruttivo di Ponti e Viadotti autostradali al di fuori della zona EU utilizzando gli Eurocodici

Nella memoria verrà presentato un caso di progetto costruttivo di ponti e viadotti autostradali per un progetto in Georgia applicando gli Eurocodici, in luogo degli standards Russi e Ucraini. Il tema principale è il confronto delle azioni variabili da traffico, in riferimento alla sicurezza strutturale. Verranno discussi inoltre il progetto sismico delle pile svolto in duttilità e i controlli sui materiali strutturali stabiliti in progetto.

L'ingegneria italiana protagonista nel mondo delle infrastrutture

E’ ormai usuale che l’attività di progettazione e costruzione di opere di ingegneria civile ed in particolare di infrastrutture di trasporto svolta da società italiane sia sempre più diffusa in Paesi non appartenenti all’Unione Europea. Per tale attività sia gli ingegneri che i “Contractor” sono chiamati ad applicare o a scegliere standards differenti da quelle del loro Paese d’origine. 

La stessa esigenza si presenta anche per le regole e le attività di controllo che sono necessarie per l’approvazione e la messa in opera dei materiali strutturali. In questo scenario di attività si vuole esaminare in particolare l’applicazione di Standards Internazionali riguardanti il “detailed design” di ponti e viadotti in fase di realizzazione in un Paese dell'Est Europa. Queste opere fanno parte di un nuovo tratto della E60 Highway in costruzione in Georgia, nazione del ex blocco sovietico che fa riferimento in termini normativi agli standards russi.

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Un nuovo tratto della E60 Highway in costruzione in Georgia: Descrizione opere d’arte

Le opere d’arte sono interamente realizzate in calcestruzzo con le stesse geometrie strutturali. In particolare è stata scelta un’unica tipologia di opera in modo da poter sviluppare progetti simili da contestualizzare solo in fondazione a causa dei terreni di fondazione molto deformabili, caratterizzati da layers di argille e sabbie limose.

La tipologia di Opera d’Arte è costituita da impalcati “decks” formati da travi precompresse e solette in calcestruzzo strutturale, rispettivamente pre-tese in situ e gettate in opera. Le travi raggiungono luci di 33 m, mentre le solette sono continue sulle pile. Le sotto strutture sono costituite da spalle e pile “abutments and piers” con fusti di geometria ovoidale o circolare, mentre le fondazioni sono costituite da platee rigide “rafts fondation” impostate su pali “piles” di diametro 1.5 m, i quali raggiungono profondità di 35 m. Per la zona di approccio tra rilevato “embankment” e spalle sono previste delle solette di transizione “transiction slabs”. La Figura 1 riporta per un viadotto, Pk 15, il profilo longitudinale e una vista per una pila intermedia, mentre le foto delle Figure 2 e 3 mostrano la realizzazione di fusti spalle del viadotto Pk 15 e di un pulvino di una pila appartenente a un Overpass.

 

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Figure 1. Viadotto Pk 15, profilo longitudinale e vista trasversale di una pila intermedia.

 

Progetto Costruttivo

Per il “detailed design” delle opere d’arte, i gruppi di lavoro hanno deciso di utilizzare l’Eurocode in luogo degli standards Russi o Ucraini.

Nella memoria, quindi verranno affrontati tre temi differenti così suddivisi.

Nel primo tema, che è il principale, verrà effettuata, in riguardo agli Standards EN e SniP, una comparazione per le azioni da traffico veicolare e per i coefficienti parziali di sicurezza. Nel secondo e terzo tema si illustreranno i criteri seguiti per la progettazione sismica, particolarmente importante per il sito di costruzione e per il controllo dei materiali e delle opere in fase di esecuzione.

Figure 2. Colonne delle spalle per il Viadotto Pk 15.

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Figure 3. Armatura traverso di una pila.

 

MODELLI PER LE AZIONI DA TRAFFICO

Si riporta un breve richiamo storico riguardante il periodo di sviluppo di questi standards.

Gli standards russi sono stati sviluppati inizialmente come metodo deterministico, basato nel verificare i livelli tensionali con le tensionali ammissibili. Tale metodo fu utilizzato fino al 1984, anno in cui sono entrate in vigore i nuovi standards rappresentate dalle SniP 2.05.03-84 “Bridge and Culvert (Moscov 1986)” che hanno introdotto il Metodo Agli Stati Limite.

L’impostazione degli Eurocodici è tratta dal lavoro compiuto dal CEB, sfociato nei Codici Modello del ’80 e del ’90, e dal lavoro della Commissione Europea per le Costruzioni Metalliche. In particolare negli anni 1972-78 furono messi nel crogiolo gli apporti scientifici che si erano raccolti in diversi settori

quali: la sicurezza strutturale, il comportamento dei materiali, i metodi, le tecniche e le teorie per lo studio probabilistico, ma il problema trainante per il loro sviluppo fu appunto la sicurezza strutturale, basata nel trattare le azioni e le resistenze come variabili aleatorie. Di conseguenza, con gli Eurocodici si è di fatto instaurato un nuovo Paradigma Scientifico e Tecnico o semplicemente progettuale, costituito cioè da una serie di insiemi concettuali. Tali insiemi sono rappresentati dalle azioni, condizioni di carico, analisi strutturale, prodotti derivati “sollecitazioni” qualità dei materiali e dalla misura della sicurezza.

Alcuni Paesi quali l’Ucraina hanno avviato a partire dal 2004 un programma di adattamento della propria legislazione a quella Europea e in ambito di questo programma sono state emanate gli standars DBN B.2.3-14, 2006 “Bridges and Pipes. Design rules,” che andarono a replicare sostanzialmente le vecchie SniP. Successivamente tra gli anni 2009-10 furono pubblicate nuove parti delle DBN e con l’aggiornamento delle parti precedenti.

Azioni variabili nell’Eurocodice

L’Ec1 prevede l’utilizzo di corsie di marcia convenzionali di larghezza pari a 3 m e la larghezza della superficie carrabile viene divisa in corsie in accordo alla Tabella 1.

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Per i “loads Model” del carico variabile da traffico, vengono definiti cinque gruppi di carico che sono specializzati per le verifiche degli elementi strutturali del ponte. In riguardo al modello del gruppo1a LM1, esso è costituito da due assi concentrati CL di modulo pari a P=300 KN e da un carico ripartito UDL di modulo pari a 9 KN/m2.

Tali azioni vengono applicate alle varie linee di traffico con opportuni fattori riduttivi. Nella Figura 4 si riporta il LM1, con evidenziate le corsie convenzionali e le azioni ad essi associati.

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Al variare della corsia convenzionale l’intensità dei carichi diminuisce secondo differenti fattori, mentre la corsia rappresentata dalla “remaining area” è caricata con il solo UDL.

Azioni variabili da traffico nelle SniP

In accordo alle SniP 2.05.03.84 i “traffic Loads” vengono definiti con un fattore K che classifica l’importanza del ponte. Il fattore K può assumere un valore maggiore o uguale a 11 (K≥11). Secondo le SniP i ponti stradali possono essere progettati considerando due differenti “Load Models”: AK e HK.

Il “Load Model” AK è rappresentato da un veicolo avente due assi “axle” e da un carico uniforme qi. L’axle è definito come Pi= 10K (KN), mentre il carico qi è definito come qi=1K (KN/m2). Esso insiste su due strisce di larghezza 0.6 m che rappresentano le ruote del veicolo convenzionale. Sulla singola striscia il carico vale 0.5qi. Per più corsie il solo qi viene ridotto con opportuni fattori.

Il valore che assume K è pari a 11 per ponti di minore importanza e 14 per ponti di capitale importanza.

In riguardo alla larghezza di calcolo della corsia di marcia le SniP considerano una larghezza pari a 3 m e le corsie di calcolo su cui vengono applicati i carichi variabili sono rappresentate dalle reali corsie di marcia. In tal modo la carreggiata non viene divisa in corsie convenzionali e non sono previste delle “remaining area”. Lo standards prevede un numero massimo di corsie pari a quattro. Nella Figura 5 viene rappresentato il LM AK.

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 Figure 5. LLM AK secondo le SniP.

Inoltre, il modello AK deve rispettare le seguenti disposizioni:

  • la distanza tra gli assi di due “loads” allineati trasversalmente deve essere pari a 3 m;
  • la distanza tra l’asse del veicolo non può essere minore di 1.5 m dal bordo della “barrier curb”;
  • il numero delle corsie di traffico è uguale al numero delle corsie reali.

Il “Load Model” HK rappresenta un veicolo pesante formato da soli quattro “axle” di valore pari a P=18K. Per questo LM sono previsti due differenti convogli aventi i seguenti carichi (vedere Figura 6):

  • HK-100 Axle load P=250 KN;
  • HK-80 Axle load P=200 KN.

Il modello HK dovrà essere applicato rispettando le seguenti disposizioni:

  • un solo veicolo in cui la ruota dell’axle più vicino alla mezzeria della carreggiata non dovrà essere minore di 1.75 m;
  • due veicoli solo su una corsia distanziati di 12 m. In tal caso all’axle verrà applicato un fattore riduttivo di 0.75.

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Figure 6. LM HK secondo le SniP.

Per entrambi i modelli di carico sopra definiti lo standard prevede un “impact factor” per “axle” così definito: modello AK (IM=1.3), modello HK (IM=1.0).

Azioni variabili da traffico nelle DBN

Gli standards DBN differiscono dalle SniP solo per il modulo dei carichi, come evidenziato nel seguito:

Modello AK

  • per ponti importanti K è assunto uguale a 15.
  • le corsie di traffico sono rappresentate da un massimo di quattro corsie reali e con l’aggiunta di una quinta corsia rappresentata da una “add line”, con larghezza pari a 3 m.
  • il fattore di impatto (IM) per l'axle del modello AK è pari a 1.4.

Modello HK

Il modello risulta uguale al modello previsto nelle SniP. Nella Tabella 2 vengono riepilogati i fattori che scalano le azioni del CL, dell’UDL e gli “Impact Factors” al variare delle “traffic lanes”.

... SEGUE IN ALLEGATO


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