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Valutazione della vulnerabilità sismica di un’opera d’arte ferroviaria

Caso studio di un ponte ad arco in muratura: analisi dello stato di fatto e progetto degli interventi di consolidamento a cura dell’Ing. Felice Salzano.

di Redazione
Opera d'arte ferroviaria

Il presente articolo illustra la metodologia adoperata per la valutazione della sicurezza statica e sismica nello stato di fatto e nello stato di progetto di una tipica opera d’arte ferroviaria, secondo le indicazioni fornite da RFI per le verifiche sismiche di ponti e fabbricati esistenti afferenti alla rete ferroviaria italiana.

Il caso studio riguarda un ponticello ad arco in muratura portante, funzionale all’attraversamento di uno stradello di campagna, sito lungo la linea Orte-Falconara Marittima, nei pressi di una tratta a singolo binario dell’entroterra marchigiano.

Le verifiche strutturali dell’opera d’arte così composta sono state svolte in ottemperanza al Capitolo 8 delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni ed al Manuale di Progettazione delle opere civili di RFI (Parte II – Sezione 2 ponti e strutture).

Descrizione dell’opera

La struttura oggetto di calcolo è costituita da un ponticello in mattoni di laterizio pieni, con volta a botte ed arco a tutto sesto, della larghezza trasversale complessiva in pianta di circa 23.25 m.

Figura 1Prospetto ponte (lato Nord)

L’arco a tutto sesto della volta ha una luce netta di 400 cm (freccia di 2.0 m e raggio di 2.0 m), ed ha uno spessore in chiave di 55 cm, mentre le spalle (o piedritti) del ponticello hanno spessore alla base di circa 1.00 m (secondo le indagini eseguite). L’altezza tra il piano di scorrimento viario attuale del ponticello e la quota di imposta dell’arco è di circa 3.30 m. L’altezza libera in chiave dell’estradosso della volta dal piano del ferro è di circa 6.40 m, essendo l’unico binario di corsa realizzato sopra un importante rilevato ferroviario che degrada verso i prospetti nord e sud dell’opera.

La struttura del ponte è disposta all’incirca perpendicolarmente all’asse ferroviario che corre lungo la direttrice E-O secondo una curva planimetrica di raggio di circa 500 m nel tratto in analisi. Il ponticello risulta dotato di piccolo timpano in mattoni pieni dello spessore di circa 90 cm ed altezza di 50 cm. Esistono infine, a protezione dell’attraversamento, dei muri d’ala sempre in mattoni pieni, di lunghezza di circa 6.0 m ed altezza massima di circa 7.0 m.

Figura 2Prospetto ponte (lato Sud)

Criteri di valutazione della sicurezza strutturale con le NTC 2018

Il § 8.3 della Circolare 7/2019 contiene una definizione della procedura di valutazione della sicurezza, le situazioni nelle quali è obbligatoria la valutazione, e gli stati limite ai quali fare riferimento.
Considerando di rispettare i dettami del § 8.4.3 delle NTC 2018, l’intervento in progetto rientra nella categoria degli interventi di adeguamento.
Dunque, l’opera in oggetto sarà sottoposta ad un opportuno intervento di consolidamento, a valle del quale l’indicatore di rischio ζE deve essere incrementato per raggiungere ζE ≥ 1.0.

Definizione del modello di riferimento per le analisi

Si sono innanzitutto seguiti tutti i passi necessari per la valutazione della sicurezza strutturale riportati nel Capitolo 8 della Circolare 7/2019.

Analisi storico-critica

La struttura è stata realizzata presumibilmente all’inizio del 1900. Trattasi di una tipica opera d’arte ferroviaria, funzionale al passaggio di uno stradello al di sotto del corpo stradale del rilevato. In parte è assimilabile per forma ai ponti ad arco in muratura a singola campata, ai cui metodi di analisi si è fatto esplicito riferimento per la verifica della stessa opera.
La struttura è realizzata in muratura di mattoni pieni in laterizio e malta di calce ormai degradata in diversi punti, poco aderente ai mattoni sulle superfici esterne. La tessitura muraria rispetta quasi sempre l’orizzontalità dei filari per quanto concerne i piedritti, ma presenta un parziale sfalsamento dei giunti verticali. L’apparecchiatura muraria della volta, invece, è composta da filari di mattoni disposti parallelamente all’asse del ponte. La sezione della muratura delle fondazioni delle spalle è stata desunta dalle indagini preliminari svolte, mentre le altre sezioni sono state desunte direttamente dal rilievo geometrico eseguito e dalle indagini visive effettuate preventivamente.

Figura 3Pianta ponte

Rilievo

È stato eseguito un rilievo geometrico e strutturale al fine di determinare le dimensioni degli elementi murari ed il loro stato di consistenza, nonché un’indagine visiva circa lo stato fessurativo e del degrado in atto. Dunque, considerando le indagini visive e sperimentali eseguite sulla struttura, adoperiamo la categoria delle “indagini estese”.

Figura 4Sezione longitudinale ponte
Figura 5Prospetto Nord ponte

È stato ispezionato l’intero ponticello, per tutto il suo sviluppo longitudinale; si è fatto riferimento, inoltre, ad una serie di fotografie scattate durante i sopralluoghi con cui, insieme alla documentazione reperibile, si è potuto ricostruire l’assetto strutturale esistente (arcata, piedritti, timpani, muri d’accompagnamento, fondazioni).

Figura 6Degrado muratura all’intradosso ponte
Figura 7Particolare lesioni spalle

Dalle semplici indagini visive svolte sulle parti visibili del manufatto, è emerso un particolare quadro fessurativo e stato fisico di degrado, rappresentabile dalla scala descrittiva dei fenomeni riportati nel “Catalogo difetti ponti – elementi in muratura“ di RFI, tra i quali evidenti sono i seguenti:

  • Macchie e umidità;
  • Efflorescenza;
  • Presenza di muschio e/o piante;
  • Esfoliazione e sfaldatura;
  • Fessure lungo le giunzioni;
  • Perdita di materiale nelle giunzioni;
  • Fessure nei mattoni;
  • Disgregazione;
  • Elementi di muratura mancanti o rotti.

Nel complesso, considerata l’epoca di realizzazione, le strutture si trovano in una mediocre condizione di manutenzione e di uso, e le stesse membrature non sembrano aver subito ulteriori danni significativi a seguito degli ultimi importanti eventi sismici del 2016. In ogni caso, nonostante alcune criticità localizzate, non sono stati individuati fenomeni fessurativi di livello grave o danni particolari alla muratura portante che possano compromettere la stabilità del ponte dal punto di vista globale.

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  Valutazione della vulnerabilità sismica di un'opera d'arte ferroviaria (1,7 MiB)
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L’articolo di seguito riportato dal titolo “ Valutazione della vulnerabilità sismica di un’opera d’arte ferroviaria è a cura di Felice Salzano. Ingegnere per l’ambiente ed il territorio, laureato lode presso Università degli studi di Napoli “Federico II”. Agibilitatore con scheda FAST per le zone terremotate del Centro Italia nel dicembre 2016. Ingegnere come libero professionista e come collaboratore presso diversi studi tecnici professionali e imprese di costruzione.

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