Valutazione del danno da impatto e da incendio su un sovrappasso autostradale

In un drammatico incidente stradale occorso nel gennaio 2017, un autobus granturismo ha impattato a forte velocità contro un pilastro di sostegno del sovrappasso autostradale dell'uscita Verona-Est dell'autostrada A4. Ne è seguito un violento incendio che ha interessato il portale di appoggio e un'area circoscritta all'intradosso dell'impalcato, costituito da travi a cassone post-tese. Al fine di una valutazione dei danni subiti dalla struttura sono stati analizzati separatamente gli effetti dell'impatto e dell'esposizione alle alte temperature.

Per quanto riguarda la prima tematica, nei modelli numerici tarati sulla base delle prove di caratterizzazione dinamica del ponte è stata inclusa la componente inerziale della struttura, considerando anche la maggiore intensità dell’azione impulsiva nella prima fase dell’impatto. Con riferimento agli effetti dell'alta temperatura, sono state svolte indagini di ricognizione generale e di maggior dettaglio, impiegando sia tecniche tradizionali sia metodi più avanzati, fornendo un quadro chiaro del danneggiamento subito, coordina-tamente con la modellazione dello scenario di incendio.

Articolo presentato in occasione degli Italian Concrete Days 2018 di aicap e CTE

Evaluation of the impact and fire damage of a highway bridge

Valutazione del danno da impatto e da incendio su un sovrappasso autostradale

1 INTRODUZIONE

Il presente articolo ha per oggetto la valutazione del danno e delle possibili criticità sul cavalcavia n.287 di svincolo dell’Autostrada A4 Brescia - Padova in località Verona est, in seguito all’impatto di un autobus, e al conseguente incendio, occorsi in data 20 gennaio 2017 alle ore 23.40 circa.

Il cavalcavia (Fig. 1) è di tipo semi-integrale ed è costituito da elementi prefabbricati assemblati in opera.

La struttura presenta un andamento rettilineo e ha dimensioni in pianta di 56.50x10m.

L’impalcato è articolato in tre campate (rispettivamente da 10, 36 e 10m) ed è formato da 5 travi a cassone affiancate (b x h = 1.88x1.15m) rese continue da giunti in calcestruzzo gettati in opera e dall’armatura post-tesa.

Il collegamento tra le travi è affidato a delle cerniere lineari continue realizzante mediante una chiave di taglio lungo ciascun fianco del cassone.

I due appoggi intermedi sono costituiti da cuscini in neoprene armato posati su architravi a sezione trapezia (b x h = 0.70-1.00 x 1.50m) sorretti da pilastri rastremati con sezione variabile da 0.60x1.20m sul piano campagna a 0.70x1.50m in sommità.

Il materiale utilizzato è calcestruzzo di classe Rck 50, acciaio d’armatura in barre ad aderenza migliorata Feb44k, trefoli per cavi di precompressione con fptk superiore a 1770 MPa.

Le verifiche sono state condotte con il duplice scopo di valutare l’effettivo stato di danno del pilastro in seguito all’impatto (in particolare possibili rotture a taglio), e il momento resistente residuo dell’impalcato dopo l’incendio, per valutare l’eventuale necessità di lavori di ripristino.

L’incidente ha coinvolto un autobus Setra S317 il quale, dopo un primo impatto con il guard-rail a bordo carreggiata, ha abbattuto un palo di illuminazione e successivamente ha impattato contro il primo pilone del cavalcavia (Fig. 2 e 3).

Nell'impatto con il pilastro di sostegno del sovrappasso l'intera fiancata destra e i sedili sono stati rimossi per una lunghezza di circa 8m.

La struttura dell'automezzo è caratterizzata da un telaio leggero in acciaio, composto da profili piegati a freddo ed elementi scatolari.

Ci si può attendere una maggiore forza di impatto nella fase iniziale, considerata la maggior resistenza e massa dell'avantreno rispetto alla parte centrale del telaio e al vano bagagli sottostante.

Un'altra particolarità di questo automezzo è la posizione anteriore di due serbatoi del gasolio, di cui quello destro è stato distrutto nell'impatto.

Un terzo serbatoio supplementare è collocato nella parte posteriore del vano bagagli e non ha riportato danni significativi.

Le riprese della telecamera di sorveglianza (Fig. 2) mostrano che una quantità significativa di combustibile si è riversata sulla prima corsia della carreggiata e ha alimentato l’incendio.

Per quanto riguarda la velocità al momento dell’impatto, questa è stata considerata compresa tra 100 e 110 km/h, ritenendo tale intervallo coerente con i danni subiti dal guard rail e dall’automezzo.

2 CARATTERIZZAZIONE DINAMICA DEL SOVRAPPASSO E MODELLO STRUTTURALE

Per una migliore calibrazione del modello a elementi finiti da utilizzare nelle analisi è stata eseguita una campagna di acquisizione delle vibrazioni ambientali al fine di elaborare un’identificazione dinamica del cavalcavia.

Per la registrazione delle accelerazioni sono stati posizionati 9 accelerometri (modello 731A di Wilcoxon Research Inc., sensibilità 10V/g), disponendoli con l’asse orizzontale in direzione trasversale all’impalcato. (Fig. 4 e 5).

Per valutare le caratteristiche dinamiche (frequenze proprie, modi di vibrare, smorzamento) nella direzione trasversale del sovrappasso sono stati utilizzati le registrazioni accelerometriche da vibrazioni ambientali (frequenza di campionamento 400 Hz).

I dati sono stati preliminarmente filtrati con filtro pas-sabanda di ordine 2048 tra le frequenze 0.5 Hz – 100 Hz.

È stata applicata una decomposizione nel dominio delle frequenze (Brinker et al. 2001) che ha permesso di identificare quattro modi in direzione trasversale (Modo 1 – 4.83Hz; Modo 2 – 9.57Hz; Modo 3 – 12.67Hz; Modo 4 – 20.89Hz) le cui forme modali sono riportate in Figura 6.

I risultati dell’identificazione dinamica sono stati utilizzati per calibrare il modello a elementi sviluppato attraverso il codice MidasGen.

A tal fine sono stati utilizzati elementi tipo trave con formulazione alla Timoshenko le cui sezioni sono state definite in accordo con la documentazione di progetto esecutivo e i rilievi.

Oltre alla continuità flessionale tra gli elementi prefabbricati e sono state considerate delle molle aggiuntive:

a) Molla traslazionale tra impalcato e spalla (ks) che simula l’interazione complessiva del ponte col terrapieno circostante; per quanto riguarda la rotazione nel piano dell’impalcato, questa è stata modellata come incastro rotazionale;

b) Molla traslazionale tra portali e impalcato (kp) simulante la presenza del neoprene; è stata posizionata una molla sotto ogni cassone (5 molle per pila);

c) Molla traslazionale tra pilastri e terreno (kt) simulante l’interazione col terreno sottostante; per quanto riguarda la rotazione questa è stata modellata come incastro rotazionale.

La procedura di calibrazione ha portato alla defi-nizione di un modello a elementi finiti le cui molle aggiuntive hanno rigidezza pari a ks=1000kN/mm, kp=70kN/mm, kt=1500kN/mm. Tale modello è riportato in Figura 7.

Il modello così ottenuto ha la particolarità di ave-re 3 modi di vibrare trasversali prossimi ai risultati dell’identificazione dinamica, in particolare Modo 1 – 5.11Hz, Modo 3 – 10.22Hz e Modo 4 – 23.29Hz.

Per ciascun modo il valore MAC (modal assurance criterion) è pari a 0.9966, 0.9120 e 0.6126 rispetti-vamente. Valori MAC prossimi a 1 indicano buona rispondenza tra la forma dell’autovettore identificato e simulato. Tale modello è stato quindi considerato adatto per le successive analisi delle sollecitazioni dovute all’impatto dell’autobus.

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L'ARTICOLO COMPLETO E' DISPONIBILE IN ALLEGATO

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