Valutazione della risposta sismica di un ponte soggetto ad erosione alla base delle pile = Assessment of seismic response of a bridge affected by scour at the base of the piers

La presente tesi vuole investigare il comportamento sismico di un ponte soggetto a scalzamento al piede delle fondazioni. A tal proposito, si è determinata la risposta dinamica del ponte in condizione di oscillazioni libere, mediante un’analisi modale, allo scopo di individuare le frequenze naturali ed i modi propri di vibrare della struttura, successivamente si sono simulati diversi scenari di erosione alla base delle pile, e con riferimento a questi si sono analizzate le variazioni nel contenuto di frequenza e nelle forme modali, individuando i modi simili nei diversi scenari, tramite un’analisi visiva delle forme modali, nonché tramite l’impiego del coefficiente MAC, allo scopo di definire dei parametri di controllo dello scalzamento che siano di facile impiego nel monitoraggio, e che siano in grado di descrivere l’evoluzione del fenomeno allo scopo di intervenire per tempo evitando così collassi strutturali. In particolare, in questa prima fase si è concentrata l’attenzione soprattutto, sullo studio delle variazioni subite dalle forme modali, che coinvolgevano tutto il ponte, quindi sia l’impalcato che le pile, con riferimento alla direzione trasversale. I parametri di controllo, perciò sono stati definiti con riferimento a tale modo di vibrare, sia per le pile, che per l’impalcato, sebbene per quest’ultimo risultino essere di più facile applicabilità nell’ambito del monitoraggio, poiché correlano direttamente il fenomeno dell’erosione, alle rotazioni subite dai traversi di impalcato, posti in corrispondenza delle pile i quali, risultano essere più facilmente strumentabili rispetto alle pile. Sempre con riferimento all’analisi modale, sono state analizzate le variazioni di frequenza e di forma relativamente al primo modo di vibrare, che era di tipo locale, e coinvolgeva solo la pila centrale in direzione longitudinale. In tal caso, a seguito di una sovrapposizione delle forme modali rilevate al variare dello scour, è stata messa in luce una variazione della coordinata modale in direzione longitudinale alla base della pila, con un suo aumento al procedere del fenomeno erosivo. Questo, evidentemente è risultato essere un ulteriore parametro di controllo atto a descrivere l’evoluzione di tale fenomeno. La determinazione della risposta sismica del ponte, è stata condotta in condizione di fondazioni integre, e scalzate, con il preciso intento di investigare la riduzione di capacità portante subita dal fusto delle pile al progredire del fenomeno erosivo. L’analisi sismica condotta a tale scopo, è stata un’analisi elastica e lineare con l’impiego degli spettri di progetto, per valutare i tagli e i momenti flettenti sia in direzione longitudinale che trasversale indotti dal sisma di progetto, al progredire del fenomeno di scour, agente sia su di una pila, quella centrale, che su tutte e tre simultaneamente. Le verifiche sismiche condotte alla base di ciascuna pila nei diversi scenari ipotizzati, sono state verifiche di resistenza a pressoflessione deviata, e verifiche di taglio, ricavando in quest’ultimo caso il coefficiente ρv, ovvero il rapporto tra la domanda (sollecitazione di taglio alla base della pila) e la capacità (resistenza al taglio della pila circolare cava), evidenziando che al progredire dello scour, tale rapporto aumenta andando verso il valore limite, assunto pari ad uno, con un rischio di collasso fragile per taglio del fusto pila, che quindi evidenzierebbe come tale modalità di collasso possa venir ad essere anticipata rispetto ad una modalità duttile (collasso per flessione) qualora si abbiano fenomeni di scour in atto. Infine, si è anche analizzata la differente ripartizione degli sforzi assiali tra i pali che può nascere per effetto dello scour localizzato solo sui pali di valle, evidenziando come in assenza di scour la ripartizione sia la stessa, data l'assenza di interazione tra i pali medesimi, mentre in presenza di scour localizzato, i pali di valle si scaricano e quelli di monte si caricano.