MODULO DI PROGETTAZIONE AVANZATA
GRANDI STRUTTURE
Prof. Marco Petrangeli
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI “G.D’ANNUNZIO”Dipartimento di Ingegneria
AMBITO PROGETTO E COSTRUZIONE
Laboratorio di Tesi
Modulo di Progettazione Avanzata Grandi Strutture
Argomenti del modulo
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1) Prefabbricazione c.a.
4) Ponti in acciaio
5) Appoggi e giunti
3) Post tensione
2) Prefabbricazione c.a.p.
QUALI CRITERI UTILIZZARE NELLA SCELTA E NEL DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI D’APPOGGIO E GIUNTO
�Le principali tipologie strutturali ed il loro utili zzo
�La Normativa Italiana ed Europea
� Calcolo e dimensionamento di appoggi e giunti. Stati Limite in forze e spostamenti
� Progettazione e manutenzione. Presentazione di alcun i case studies significativi:
• Gli appoggi in gomma: Il fly over Rue d’Italie a Tunisi
• Attrito e Frenatura: I cavalcavia della Torino-Milano
• Temperatura e rigidezza strutturale: I cavalcavia della nuova A4 Trieste-Venezia
• Rigidezza e complanarietà: Il bi-cassone ferroviario
• Rigidezza ed iperstatiche: I solettoni di Certosa sulla A4
• Interazione binario – struttura
SOMMARIO
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Modulo di Progettazione Avanzata Grandi Strutture
Appoggi e giunti5
QUALI CRITERI UTILIZZARE NELLA SCELTA E NEL DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI D’APPOGGIO E GIUNTO
SOMMARIO
� Principi di progettazione in zona sismica
• Gerarchia delle resistenze• Isolamento• Dissipazione• Regolarizzazione strutturale
� Progettazione in zona sismica: Case Studies
• Tammaro e Bifernina• Viadotti SS17 de L’Aquila• Abaco interventi di riabilitazione per ponti ANAS
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Appoggi e giunti5
APPOGGI
� Appoggi in gomma
� Appoggi acciaio teflon
RITEGNI
GIUNTI
Tipologie Appoggi, Ritegni e Giunti
• Gomma semplice
• Gomma armata
• Gomma con nucleo in piombo
• Fissi, Unidirezionali, Multidirezionali
• Bidirezionali
• Cedevoli
• Con ritegni in acciaio (Pioli, Falci, Omega)
• Ritegni rigidi• Ritegni elastoplastici• Ritegni viscosi• Accoppiatori idraulici
• Tamponi sottopavimentazione• Acciaio - Gomma• Metallici
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Appoggi e giunti5
(immagine ripresa da catalogo FIP)
Appoggi in gomma• Gomma semplice (bassi spessori)• Gomma armata (con elevati spessori → Isolatori)• Gomma armata con nucleo in piombo (Isolatori ad alto smorzamento)
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Appoggi e giunti5
� Appoggi a disco elastomerico confinato• Fissi, Unidirezionali, Multidirezionali• Bidirezionali• Cedevoli• Con ritegni in acciaio (Pioli, Falci, Omega)
(immagine ripresa da catalogo FIP)
Appoggi in acciaio
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Appoggi e giunti5
� Appoggi a calotta sferica• Fissi, Unidirezionali, Multidirezionali• Bidirezionali• Cedevoli• Con ritegni in acciaio (Pioli, Falci, Omega)
(Viadotto Tammaro I, Val di Fortore)
( Viadotti Alta Velocità lotto Chivasso )
( immagine ripresa da catalogo ALGA )
Appoggi in acciaio
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Appoggi e giunti5
• Ritegni rigidi (o semirigidi)• Ritegni elastoplastici• Ritegni viscosi• Accoppiatori idraulici
Sezione Trasversale
Sezione Longitudinale
(Viadotto Raio – L’Aquila)
(Viadotto Camporegio sulla ss. 76 - Marche
Ritegni
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Appoggi e giunti5
( immagine ripresa da catalogo FIP )
elasto-plastico
Ritegni• Ritegni rigidi (o semirigidi)• Ritegni elastoplastici• Ritegni viscosi• Accoppiatori idraulici
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Appoggi e giunti5
Ritegni• Ritegni rigidi (o semirigidi)• Ritegni elastoplastici• Ritegni viscosi• Accoppiatori idraulici
( immagini tratte da catalogo ALGA )
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Appoggi e giunti5
( immagini tratte da catalogo ALGA )
Ritegni• Ritegni rigidi (o semirigidi)• Ritegni elastoplastici• Ritegni viscosi• Accoppiatori idraulici
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• Tamponi sottopavimentazione• Acciaio - Gomma• Metallici
( immagine ripresa da catalogo AGOM )
Giunti
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( Rue de Italie, Tunisi )( Rue de Italie, Tunisi )
(immagine ripresa da catalogo FREYSSINET)
Giunti• Tamponi sottopavimentazione• Acciaio - Gomma• Metallici
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( Rue de Italie, Tunisi )(immagine ripresa da catalogo FIP)
Giunti• Tamponi sottopavimentazione• Acciaio - Gomma• Metallici
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Appoggi e giunti5
COMUNITARIA� UNI EN 1337-1:2001 - Appoggi strutturali - Regole generali di progetto.� UNI EN 1337-2:2004 - Appoggi strutturali - Parte 2: Elementi di scorrimento� UNI EN 1337-3:2005 - Appoggi strutturali - Parte 3: Appoggi elastomerici � UNI EN 1337-4:2004 - Appoggi strutturali - Parte 4: Appoggi a rullo � UNI EN 1337-5:2005 - Appoggi strutturali - Parte 5: Appoggi a disco elastomerico� UNI EN 1337-6:2004 - Appoggi strutturali - Parte 6: Appoggi a contatto lineare� UNI EN 1337-7:2004 - Appoggi strutturali - Parte 7: Appoggi sferici e cilindrici di PTFE� UNI EN 1337-8:2007 - Appoggi strutturali - Parte 8: Guide e ritegni� UNI EN 1337-9:1999 - Appoggi strutturali - Protezione� UNI EN 1337-10:2004 - Appoggi strutturali - Parte 10: Ispezione e manutenzione� UNI EN 1337-11:1999 - Appoggi strutturali - Trasporto, immagazzinamento ed installazione.
FERROVIARIA� Istruzione 44 E - Calcolo, esecuzione collaudo e posa in opera di dispositivi di vincolo e dei
coprigiunti negli impalcati ferroviari e nei cavalcavia
CNR� 10018/87 – Apparecchi di appoggio per le costruzioni. Impiego per le costruzioni
NORMATIVE
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4.2.4.1.7 Resistenza degli apparecchi di appoggioLe verifiche degli apparecchi di appoggio devono essere condotte tenendo conto della specificità dei
materiali impiegati e della tipologia delle apparecchiature. Si potrà fare riferimento a modelli di calcolo contenuti in normative di comprovata validità , adottando fattori parziali γM che garantiscano i livelli di sicurezza stabiliti nelle presenti norme.
4.2.9.5 Apparecchi di appoggioLa concezione strutturale deve prevedere facilità di sostituzione degli apparecchi di appoggio, nel
caso in cui questi abbiano vita nominale più breve di quella della costruzione alla quale sono connessi.
5.1.6 VINCOLI I dispositivi di vincolo dell’impalcato alle sottostrutture (pile, spalle, fondazioni) devono possedere le
caratteristiche previste dallo schema statico e cinematico assunto in sede di progetto, sia con riferimento alle azioni, sia con riferimento alle distorsioni. [....]
Testo Unico – Cap. 4-5
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Appoggi e giunti5
7.9.5.4 Apparecchi di appoggio
7.9.5.4.1 Apparecchi di appoggio fissiGli apparecchi d’appoggio fissi devono essere dimensionati con il criterio della GR. Essi devono quindi
essere in grado di trasmettere, [....]. forze orizzontali tali da produrre, nella o nelle sezioni critiche alla base della pila, un momento flettente pari a: , dove è il momento resistente della o delle sezioni critiche. [....]
7.9.5.4.2 Appoggi d’appoggio mobili[....]
7.9.5.4.3 CollegamentiCon il termine di collegamenti si designano diversi dispositivi aventi lo scopo di impedire o limitare il
movimento relativo tra impalcato e sommità pila. [....]
7.9.5.4.4 Lunghezze di sovrapposizioneNelle zone di appoggio dove è previsto un movimento relativo tra elementi diversi della struttura
(impalcato-pila, impalcato-spalle, seggiole ‘Gerber’, ecc.) deve essere comunque disponibile una lunghezza di sovrapposizione tra le parti che si sovrappongono. [....]
RdRd Mγ RdM
Testo Unico – Cap. 7
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Worldwide, integral type bridges are being used in greater numbers in lieu of jointed bridges because of their structural simplicity, first-cost economy, and outstanding durability. In the UK and the US states of Tennessee and Missouri, for example, the construction of most moderate length bridges is based on the integral bridge concept.
Integral bridges in simple words can be defined as bridges without joints. Integral bridges are characterized by monolithic connection between the deck and the substructure (piers and abutments). They span from one abutment, over intermediate support to the other abutment, without any joint in the deck.
PONTI INTEGRALI – INTEGRAL BRIDGES
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Appoggi e giunti5
� Rvin = R (Fest , µ) + R {φ [K (Uvin, Vvin, εint, ∆T)]}
� Svin = S (Uvin, Vvin, εint, ∆T) + S {Φ [K-1 (µ, Fest)]}
Fest Carichi gravitazionali, vento, frenatura, spinte idrauliche
Uvin Cedimenti vincolari
Vvin Sisma
εint Ritiro, Viscosità
∆T Variazioni termiche
K Rigidezza struttura / appoggio
µ Attrito
Calcolo e dimensionamento
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Appoggi e giunti5
• Variazioni termiche ragionevoli
• Temperatura media all’installazione
• Cosa succede se l’impalcato tocca?
• Calcolo dei fenomeni lenti residui
Calcolo ampiezza Giunti
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Appoggi e giunti5
• Calcolo ampiezza spostamenti con Ag,T*
• Definizione Vita Utile Giunto Tvug
• Calcolo Intensità Sismica massima per evento con periodo di ritorno T* =Tvug
• Cosa succede se l’impalcato sbatte?
Ag,T* = Ag,475 (T*/475)0.3
Calcolo ampiezza Giunti
Spettro delle accelerazioni
T [s]
Ag
T= 475
T*<<475
Spettro degli spostamenti
T [s]
D
T= 475
T*<<475
IN ZONA SISMICA
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Appoggi e giunti5
uKF hh ∆⋅=
COMPORTAMENTO FORZE ORIZZONTALI
−=
−−=
=
d
udA
b
u
a
uabA
A
F
xy
r
yxr
r
VV
14
1
2π
σ
uh
FGF
gV
Vh ∆≅
σ
COMPORTAMENTO FORZE VERTICALI
u∆
h
igh ,
is
∑∑ −==i
ii
igg shhh ,
Appoggi in gomma
g
h h
AGK =
V
VFA
σ≅
1≅V
G
σg
Vh h
uFF
∆≅
pianta rettangolare
pianta circolare
spessore gomma
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Appoggi e giunti5
Fly Over di TUNISI
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Appoggi e giunti5
Fly Over di TUNISI Decorso temporale dei fenomeni lenti del calcestruzzo
RITIRO
VISCOSITA’
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Fly Over di TUNISI Decorso temporale dei fenomeni lenti del calcestruzzo
RITIRO
VISCOSITA’
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Appoggi e giunti5
Fly Over di TUNISI Decorso temporale dei fenomeni lenti del calcestruzzo
Momenti trasversali dovuti a effetti viscosi
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Appoggi e giunti5
Il viadotto Castellano sulla s.s.4Il posizionamento ottimale dei fissi
SPAP1
P2
P3
P4
SPB
P5
P6P7
P8
Roma
Ascoli P.
P9 P10 P11 P12
FISSO
LONG
13 campate per una lunghezza complessiva di 430m
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Appoggi e giunti5
Il viadotto Castellano sulla s.s.4Il posizionamento ottimale dei fissi
SPAP1
P2
P3
P4
SPB
P5
P6P7
P8
Roma
Ascoli P.
P9 P10 P11 P12
FISSO
LONG
13 campate per una lunghezza complessiva di 430m
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Appoggi e giunti5
Il viadotto Castellano sulla s.s.4Il posizionamento ottimale dei fissi
SPAP1
P2
P3
P4
SPB
P5
P6P7
P8
Roma
Ascoli P.
P9 P10 P11 P12
FISSO
LONG
13 campate per una lunghezza complessiva di 430m
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Attrito appoggi mobili
Fatr = µFv
u
Comportamento attritivoT∆=αεImpalcato freddo:
22totLL ε=∆
totLL ε=∆
22totLL ε=∆
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Attrito appoggi mobili
Fatr = µFv
u
Comportamento attritivo
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Cavalcavia A4 Torino-MilanoAttrito appoggi mobili:
Spinte delle terre – termica – frenatura
Le azioni esterne quali frenatura e spinta delle terre tendono ad innescare
una reazione attritiva negli appoggi mobili opposta a quella termica
VERIFICA SPALLA: azioni considerate tutte a “tirare” (impalcato freddo + frenatura + spinta terre)
NON E’ RAGIONEVOLE SOMMARE TUTTE LE AZIONI !!
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Appoggi e giunti5
∆L = L × α × ∆T = 46 × 10-5 × 20 ≈ 9mm
Cavalcavia A4 Venezia - TriesteVariazioni Termiche e Cedevolezza Sottostrutture
Gioco appoggi
Cedevolezza pile
Cedevolezza fondazioni
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Bicassone FerroviarioRigidezza e complanarità
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Bicassone FerroviarioRigidezza e complanarità
P
R1 R2 R3 R4 P
ripartizione carico P
reazione cassone direttamente caricato
tira e spingi da torsione
risultante reazioni pari al carico applicato
Modello trave alla Bredt:
Ktor = 2.9 106 kN m rad-1
Modello EF brick:
Ktor = 1.2 106 kN m rad-1
Misurato (da Kvert=200kN/mm):
Ktor = 0.6 106 kN m rad-1
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Appoggi e giunti5
0
200
400
600
800ton
1° App. 2° App. 3° App. 4° App. 5° App.
Reazioni appoggi edistrorsioni
prima
dopo
Trazioni principali sotto peso proprio
I Solettoni della A4 a Milano CertosaLe iperstatiche
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I Solettoni della A4 a Milano CertosaLe iperstaticheDisposizione finale appoggi
Punti di appoggio temporanei (2 mesi circa)
Rz= 635 t
Rz= 90 t
Rz= 180 t
Rz= 140 t
Rz= 140 t
Rz= 900 t
Rz= 285 t
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I Solettoni della A4 a Milano CertosaLe iperstatiche
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Appoggi e giunti5
Ballast - law cotitutive
Reazione vincolo Fisso per variazione termica-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
00 5 10 15 20 25 30 35
∆∆∆∆T [°C]
[kN
]
Gli Impalcati FerroviariInterazione Binario – Struttura
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Reazione vincolo fisso con treno in fase di accelerazione
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
posizione motrice, x [m]
[kN
]
Ballast - law cotitutive
Gli Impalcati FerroviariInterazione Binario – Struttura
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Progettazione in Zona Sismica
� La gerarchia delle resistenze
� Isolamento
� Dissipazione
� Regolarizzazione strutturale
� Effetto rocking
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Appoggi e giunti5
Prof. Marco Petrange
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Appoggi e giunti5
� La gerarchia delle resistenzeProgettazione in Zona Sismica
FONDAZIONI
PILE
APPOGGI
FONDAZIONI
PILE
APPOGGI
COSTRUZIONE PROGETTO
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� IsolamentoProgettazione in Zona Sismica
Ag (T isol )
Tisol
Ag (T)
T
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� DissipazioneProgettazione in Zona Sismica
)5/(10 ξη +=%5=ξ 1=η
%15=ξ 82.0=η
%25=ξ 58.0=η
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Appoggi e giunti5
appipilai
i
KK
K
,,
111
+=
� Regolarizzazione strutturaleProgettazione in Zona Sismica
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Progettazione in Zona Sismica� Effetto rocking
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Viadotto Tammaro I
I Viadotti della Val FortoreLa disposizione ottimale di appoggi e ritegni
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Viadotto Tammaro I
I Viadotti della Val FortoreLa disposizione ottimale di appoggi e ritegni
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Viadotto Tammaro II
I Viadotti della Val FortoreLa disposizione ottimale di appoggi e ritegni
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Viadotto Tammaro II
I Viadotti della Val FortoreLa disposizione ottimale di appoggi e ritegni
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I Viadotti della BiferninaLe sottostrutture antisismiche
Viadotto Ingotte II
Viadotto Ingotte I
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I Viadotti della BiferninaLe sottostrutture antisismicheViadotto Ingotte I
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I Viadotti della s.s.17 a L’AquilaDanneggiamento degli appoggi in gomma
viad. RAIO 118 m
viad. ATERNO II 196 m
viad. ATERNO I 136 m
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I Viadotti della s.s.17 a L’AquilaDanneggiamento degli appoggi in gomma
VIADOTTO ATERNO II
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Abaco interventi di riabilitazione per ponti ANAS
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Sostituzione appoggi con apparecchi in gomma armata
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Appoggi e giunti5
Sostituzione appoggi con isolatori elastomerici con nucleo piombo
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Appoggi e giunti5
Sostituzione appoggi con dissipatori isteretici in acciaio
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Appoggi e giunti5
Inserimento ritegni sismici
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Appoggi e giunti5
Realizzazione/Adeguamento giunto di continuità impalcato
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