Valutazione di un cavalcavia esistente secondo linee guida MIT2020 con il software FEM Midas Civil

L’articolo illustra le tecniche di modellazione e analisi eseguite con il software Midas Civil al fine della valutazione della sicurezza, ai sensi delle LG MIT 2020, di un cavalcavia stradale esistente a tre campate, di cui la campata centrale realizzata con struttura composta acciaio-calcestruzzo e quelle laterali in c.a.o. gettato in opera.

L’articolo è incentrato sulla parte di modellazione dell’opera, sull’inserimento dei carichi mobili da traffico veicolare, sull’ impostazione della construction stage analysis, nella lettura delle sollecitazioni e nella sola impostazione delle verifiche statiche per l’impalcato centrale e laterale.

L’articolo rappresenta un estratto della relazione di calcolo per un incarico di consulenza tecnica eseguita dall’autore, Ing. Matteo Ponzano, professionista operante nel campo del rinforzo di strutture esistenti con materiali e tecnologie innovative, attualmente consulente tecnico esterno per la società Master Builders Solutions Italia Spa.

CSP FEA S.C. è un'azienda che fornisce la distribuzione di programmi per l'analisi strutturale, elementi finiti FEM, consulenza progettazione, modellazione ed analisi geotecnica, analisi sismica.

Descrizione del caso di studio

Il cavalcavia ha obliquità di 15° e consta di 3 campate: le due campate laterali di luce di circa 11,60 m cadauna sono realizzate in c.a.o., mentre la campata centrale di luce 36.60 è realizzata con struttura composta acciaio-calcestruzzo.

I due impalcati laterali sono formati da cinque travi rettangolari in c.a.o. di altezza 1,20 m, larghezza 0,30 m, ed interasse di 1,95 m. Le travi sono collegate da tre trasversi e dalla soletta in c.a.o. di spessore 0,22 m. L’impalcato centrale è formato da due travi in acciaio con sezione a doppio T asimmetrica altezza anima 1,80 m ed interasse di 5,00. Le travi sono collegate da cinque diaframmi in acciaio e dalla soletta in c.a.o. di spessore 0,30 m.

Sono inoltre presenti controventature di estradosso (che hanno garantito la stabilità dell’impalcato nelle fasi transitorie di montaggio, prima del getto e della successiva maturazione della soletta in c.a.).

Le travi in acciaio sono suddivise in tre conci, due laterali di lunghezza di circa 11,70 m (con: spessore anima 12mm, ala superiore di larghezza 400 mm e spessore 40 mm, ala inferiore di larghezza 700 mm e spessore 50 mm) e uno centrale di lunghezza di circa 13.50 m (con: spessore anima 10 mm, ala superiore di larghezza 400 mm e spessore 40 mm, ala inferiore di larghezza 700 mm e spessore 62 mm).

La larghezza della pavimentazione carrabile, per tutti gli impalcati, è sempre di 7,50 m.

Le pile in c.a, sono a telaio con due fusti a sezione rettangolare (parallelogramma, data l’obliquità dell’opera). In testa alle pile è presente il pulvino.

Gli appoggi degli impalcati laterali sono costituiti da cuscinetti in neoprene 200x300 mm di spessore 12 mm. Gli appoggi dell’impalcato centrale sono costituiti da cerniere metalliche disposte su cuscinetti in neoprene 680x450 mm spessore 36 mm, dotate di 5 barre passanti in acciaio.

L’impalcato del ponte è modellato attraverso la tecnica classica del graticcio equivalente, per cui tutti gli elementi pila, pulvino, travi, traversi e soletta sono modellati attraverso elementi monodimensionali di tipo “beam” e “truss” (truss per i soli diaframmi in acciaio dell’impalcato acciaio-c.a.). Le unità di misura usate sono kN (forza), m (lunghezza).

Il modello è studiato con vincoli di incastro al piede delle pile. Le spalle sono ipotizzate rigide e anch’esse modellate con incastri.

Gli appoggi in neoprene sono modellati con elastic-links (molle elastiche).

Sono stati utilizzati degli offset strutturali per poter modellare nello stesso piano soletta, travi e traversi alla quota della soletta. Di conseguenza il modello numerico prevede dei rigid-link che collegano le travi ai rispettivi appoggi
Si riportano in fig. da 1 a fig. 4 degli stralci dell’opera tratti dal modello f.e.m. di Midas Civil.

Materiali esistenti

Sul cavalcavia è stata eseguita un’esaustiva campagna di indagini al fine di raggiungere un livello di conoscenza LC3 dell’opera e verificare i dati reperiti dall’analisi storico critica dei documenti reperiti riportati al paragrafo 3.4.

Il fattore di confidenza associato al livello di conoscenza raggiunto (LC3) è pari a FC=1,00.

Per calcolare le tensioni di progetto si è fatto ricorso alla formula riportata sulle linee guida:

f_d=min⁡(f_m/(FC∙γ_M); f_k/FC)

Azioni verticali da traffico

I carichi verticali da traffico sono definiti dagli schemi descritti nel paragrafo 5.1.3.3.3 delle NTC 2018 e disposti su corsie convenzionali.

La carreggiata è larga 7,50 m quindi si hanno 2 corsie da 3 m oltre ad una “area rimanente” di 1,50 m, più la folla compatta sui due cordoli/marciapiedi di larghezza 1,25 m.

Si riportano le sezioni trasversali delle due tipologie di impalcato con indicate tutte le colonne di carico come determinate da NTC 2018 (fig.5)

Il numero di colonne di carico effettivamente utilizzato e la loro disposizione in sezione trasversale è di volta in volta quella che massimizza la sollecitazione di verifica secondo la corrispettiva linea di influenza.

Lo studio delle linee di influenza e della disposizione di volta in volta più gravosa delle colonne di carico individuate secondo NTC 2018, viene svolto tramite ausilio del software f.e.m. Midas Civil attraverso la “Moving Load Analysis” (analisi della posizione dei carichi mobili più gravosa in funzione della linea di influenza tracciata nella sezione di verifica per la sollecitazione di progetto).

L’azione complessiva di frenatura lungo ogni impalcato viene applicata nel modello f.e.m. in un caso di carico dedicato come un carico uniformemente distribuito in asse alla colonna di carico n.1.

>>> Per maggiori informazioni: software f.e.m. Midas Civil

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Nel pdf sono presenti:

• Combinazioni di carico e casi di carico
• Construction stage analysis
• Verifiche impalcato centrale e impalcato laterale