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LezionePONTI E GRANDI STRUTTUREProf. Pier Paolo RossiUniversità degli Studi di Catania

Azioni variabili da traffico

Azioni sugli impalcatiAzioni variabili da traffico

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I carichi variabili da traffico sono definiti da schemi di carico su corsie convenzionali.

I modelli devono : essere semplici da usare riprodurre correttamente i principali effetti dei carichi reali essere gli stessi per le verifiche globali e locali considerare tutte le possibili situazioni di traffico corrispondere ai livelli di affidabilità prestabiliti includere gli effetti dinamici

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Gli effetti di carichi su siti di costruzione di strade (ad es. ruspe o camion carichi di terra) o di carichi per prove non sono riprodotti dai modelli di carico di normativa.

Similmente, i modelli di carico di normativa non considerano veicoli il cui peso ecceda le disposizioni nazionali in tema di carichi militari.


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Il traffico dei veicoli può differire tra i ponti per :

composizione (ad es. percentuale di camion) densità (ad es. numero medio di veicoli per anno) peso massimo dei pesi dei veicoli carico per asse presenza di segnali stradali di limitazione del peso di veicoli


Queste differenze devono essere considerate dai modelli di carico

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Sulla base dei carichi mobili ammessi al transito, i ponti stradali si suddividono in tre categorie:

1° categoria

2° categoria

3° categoria (passerelle pedonali)


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Le azioni variabili da traffico si applicano all’impalcato del ponte.A tal riguardo, si definisce carreggiata la distanza tra i cordoli o tra i limiti interni di sistemi di ritenuta veicolari.


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Se la superficie dell’impalcato è divisa in due parti da uno spartitraffico centrale:

Se le parti sono separate da una barriera di sicurezza fissa …la superficie del ponte è suddivisa in due carreggiate ognuna delle quali si estende tra i limiti interni dei sistemi di ritenuta veicolari


w w

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Se la superficie dell’impalcato è divisa in due parti da uno spartitraffico centrale:

Se le parti sono separate da barriere di sicurezza mobili …la carreggiata si estende trai limiti interni dei sistemi di ritenuta esterni della strada


w

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La larghezza della singola carreggiata è divisa in corsie convenzionali e aree rimanenti


Larghezza di carreggiata

(w)

Numero di corsie convenzionali

(ne)

Larghezza corsia convenzionale Larghezza zona rimanente

w < 5.40 m 1 3 m w ‐ 3.00 m

5.4 ≤ w ≤ 6.0 m 2 w/2 0

6.0 ≤ w int(w/3) 3 m w‐ (3.00 ne)

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La normativa italiana definisce

6 schemi di carichi variabili da traffico

da considerarsi per verifiche di tipo globale e locale.

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Azioni variabili da trafficoSchemi di carico

Schema di carico 1 ‐ E’ costituito da carichi concentrati su due assi in tandem e da carichi uniformemente distribuiti. Il carico tandem è unico per corsia e va considerato per intero.

E’ valido per verifiche sia globali sia locali.QikQik qik

0.52.00.5

Corsia n.1

Corsia n.2

Corsia n.3

Area rimanente

2.00

2.00

≥0.50

1.20

0.40

0.40

singolo pneumatico

se wl≤ 2.900.52.00.5

0.52.00.5

w

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• Schema di carico 1 ‐ ponti di 1a categoria.

Posizione Carico asse Qk[kN] qk[kN/m2]Corsia n°1 300 9.00

Corsia n°2 200 2.50

Corsia n°3 100 2.50

Altre corsie 0 2.50

• Schema di carico 1 ‐ ponti di 2a categoria. Posizione Carico asse Qk[kN] qk[kN/m2]Corsia n°1 240 7.20

Corsia n°2 200 2.50

Corsia n°3 100 2.50

Altre corsie 0 2.50

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Schema di carico 2 ‐ E’ costituito da un singolo asse applicato su impronte di pneumatico di forma rettangolare (0.60 m x 0.35 m).E’ valido per verifiche locali e va considerato autonomamente con asse longitudinale nella posizione più gravosa.

Qualora sia più gravoso, si considera il peso di una singola ruota di 200 kN.

2.00

0.35

0.60

Direzione dell’asse

longitudinale del ponte

200 kN

200 kN

Carico asse = 400 kN

200 kN

0.60

0.60 0.35

2.00

200 kN

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• Schema di carico 2 – L’Eurocodice 1 stabilisce, inoltre, che in prossimità di giunti di dilatazione debba essere considerato un coefficiente di amplificazione dinamica aggiuntivo pari a:

dove

1.30(1 ) 126D

1.30

D

1.00

6.00 m

D è la distanza in m della sezione trasversale in esame dal giunto di dilatazione

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Schema di carico 3 ‐ E’ costituito da un carico isolato di 150 kNcon impronta quadrata di lato 0.40 m.

150 kN

0.400.40

E’ valido per verifiche locali in marciapiedi non protetti da sicurvia.

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Schema di carico 4 ‐ E’ costituito da un carico isolato di 10 kNcon impronta quadrata di lato 0.10 m.

10 kN

0.100.10

E’ valido per verifiche locali in marciapiedi protetti da sicurviae sulle passerelle pedonali.

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Schema di carico 5 ‐ E’ costituito dalla folla compatta agente con intensità nominale, comprensiva degli effetti dinamici, di 5.0 kN/m2. l valore di combinazione è di 2.5 kN/m2.Il carico folla deve essere applicato su tutte le zone significative della superficie d’influenza, inclusa l’aria dello spartitraffico centrale, ove rilevante.

1.001.00

q=5.00 kN/m²

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Schema di carico 6 – In assenza di studi specifici ed in alternativa al modello di carico 1, generalmente cautelativo, per opere di luce maggiore di 300 m, ai fini della statica complessiva del ponte, si può far riferimento ai carichi:

• qL,a = 128.95 ( 1 / L )0.25 [kN/m]• qL,b = 88.71 ( 1 / L )0.25 [kN/m]• qL,c = 77.21 ( 1 / L )0.25 [kN/m]

essendo L la lunghezza della zona caricata.qL,a il carico sulla corsia n.1

Sull’area rimanente si considera un carico distribuito di intensità 2.5 kN/m2. I carichi qL,a ,qL,b e qL,c si dispongono in asse alle rispettive corsie convenzionali.

qL,b il carico sulla corsia n.2 qL,c il carico sulla corsia n.3

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Azioni variabili da trafficoVerifiche locali (solette, marciapiedi, ecc…)

I carichi concentrati da considerarsi ai fini delle verifiche locali ed associati agli schemi 1, 2, 3 e 4 si assumono uniformemente distribuiti sulla superficie della rispettiva impronta.

La diffusione attraverso la pavimentazione e lo spessore della soletta si considera avvenga secondo un angolo di 45°, fino al piano medio della struttura della soletta sottostante. Nel caso di piastra ortotropa la diffusione va considerata fino al piano medio della lamiera superiore dell’impalcato.

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Azioni variabili da trafficoAzione longitudinale di frenamento o di accelerazione

La forza di frenamento o di accelerazione è funzione del carico verticale totale agente sulla corsia convenzionale n.1

1K 1K 1180kN 0.6 (2 ) 0.10 900kN Q q W L

1K 1K 1144 kN 0.6 (2 ) 0.10 900kN Q q W L

La forza, applicata a livello della pavimentazione, ed agente lungo l’asse della corsia, è assunta uniformemente distribuita sulla lunghezza caricata.

Ⱶ Ponti di 1a categoria

Ⱶ Ponti di 2a categoria

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Azioni variabili da trafficoAzione centrifuga

Nei ponti con asse curvo l’azione centrifuga corrispondente ad ogni colonna di carico si valuta convenzionalmente in funzione di Qv= Σ2Q1K, ovvero del carico totale dovuto agli assi tandem dello schema di carico n.1. Il carico è applicato a livello della pavimentazione ad agisce in direzione normale all’asse del ponte. La forza è concentrata in una qualunque sezione trasversale dell’impalcato.

Raggio di curvatura R (m) Q4 (kN)

R > 200 0.2 Qv

200 ≤ R ≤ 1500 40 Qv/R

R ≥ 1500 0Qv= Σ2QiK = carico totale degli assi tandem dello schema di carico 1

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Azioni variabili da trafficoCombinazioni di carico

Ai fini della determinazione dei valori caratteristici delle azioni dovute al traffico, si dovranno considerare alcune combinazioni.

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Azioni variabili da trafficoCombinazioni di carico

Carichi sulla carreggiataCarichi sui

marciapiedi e piste ciclabili

Carichi verticali Carichi orizzontali Carichi verticali

Gruppo di azioni

Modello principale (sch. 1, 2, 3, 4, 6)

Veicoli speciali

Folla (schema di carico 5)

Frenature q3

Forza centrifuga

q4

Carico uniformemente

distribuito

1 Valore caratteristico

Schema 5 con valore di comb.

2.5 kN/m2

2a Valore frequente

Valore caratter.

2b Valore frequente

Valore caratter.

3 [*]Schema 5 con valore caratter.

5.0 kN/m2

4 [**]Schema 5 con valore caratt. 5.0 kN/m2

Schema 5 con valore caratter.

5.0 kN/m2

5 [***] da definirsi per progetto

Valore caratter.

[*] ponti di 3a categoria[**] da considerare solo se richiesto dal particolare progetto (ad es. ponti in zona urbana)[***] da considerare solo se si considerano veicoli speciali

Azioni su rilevati e terrapieni

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Azioni variabili da trafficoRilevati e terrapieni adiacenti al ponte

Ai fini delle parti del ponte a contatto con il terreno, nel rilevato o sul terrapieno, si può considerare applicato lo schema di carico n.1 in cui, per semplicità, i carichi tandem possono essere sostituiti da carichi uniformemente distribuiti equivalenti, applicati su una superficie larga 3.0 m e lunga 2.20 m.

In un rilevato correttamente consolidato si può assumere una diffusione del carico di 30°.

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Azioni variabili da trafficoRilevati e terrapieni adiacenti al ponte

Per i muri paraghiaia si deve considerare un’azione longitudinale di frenamento, applicata alla testa del muro paraghiaia di valore caratteristico pari al 60% del carico asse Q.

Pertanto:

• in ponti di 1° categoria il carico orizzontale è di 180 kNconcomitante con un carico verticale di 300 kN,

• in ponti di 2° categoria il carico orizzontale è di 144 kNconcomitante con un carico verticale di 240 kN.

• negli altri casi (spalle, muri d’ala, etc.) non si considerano azioni orizzontali da traffico sui rilevati o sui terrapieni.

Azioni su parapetti e sicurvia

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Azioni variabili da trafficoAzione sui parapetti

L’altezza dei parapetti non potrà essere inferiore a 1.10 m. I parapetti devono essere verificati sulla base di un’azione orizzontale di 1.5 kN/m applicata al corrimano.

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Azioni variabili da trafficoAzione sui sicurvia

I sicurvia e gli elementi ai quali sono collegati devono essere dimensionati in funzione della classe di contenimento richiesta per l’impiego.

Nel progetto dell’impalcato deve essere considerata una condizione di carico eccezionale nella quale alla forza orizzontale d’urto su sicurvia si associa un carico verticale isolato sulla sede stradale costituito dallo schema di carico n.2 posizionato in adiacenza al sicurvia e disposto nella posizione più gravosa.

La forza deve essere distribuita su 0.50 m ed applicata ad una quota dal piano viario pari alla minore tra h1 e h2dove h1= altezza della barriera – 0.10 m

h2= 1.00 m.

Azioni da urto

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Azioni variabili Altre azioni (azioni idrauliche, urti di veicoli, ecc)

Azioni dovute a:

Collisioni da veicoli

Collisioni da imbarcazioni

Caduta di rocce o frane (non prese in esame nella normativa)

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Azioni da urtoClassificazione

Le azioni da urto sono classificate, sulla base degli effetti che possono produrre sulle costruzioni, in tre categorie:

Ⱶ Effetti trascurabili sulle strutture

Ⱶ Effetti localizzati su parte delle strutture

Ⱶ Effetti generalizzati sulle strutture

Le azioni devono essere applicate se le relative conseguenze appartengono alle categorie 2 o 3.

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Azioni da urtoUrti da traffico veicolare (sotto ponte)

Le azioni hanno direzione parallela a quella del moto del veicolo al momento dell’impatto. Nelle verifiche si possono considerare, agenti non simultaneamente, due azioni nelle direzioni parallela (Fd,x) e ortogonale (Fd,y=0.50Fd,x) alla direzione di marcia normale.

Tipo di strada Tipo di veicolo Forza Fd,x [kN]

autostrade, extraurbane ‐ 1000

locali ‐ 750

urbane ‐ 500

Aree di parcheggio e autorimesse

Automobili 50

Veicoli destinati al trasporto di merci, aventi massa massima superiore a 3.5 t 150

In assenza di determinazioni più accurate, si possono adottare le seguenti forze statiche equivalenti

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Per urti di automobili su strutture verticali, la forza di collisione deve essere applicata 0.50 m al di sopra della superficie di marcia.

L’area di applicazione è pari a 0.25 m (altezza) per il minimo tra 1.50 e la larghezza della membratura (larghezza).

Per urti su membrature verticali, la forza di collisione deve essere applicata a 1.25 m al di sopra della superficie di marcia.

L’area di applicazione è 0.50 m (altezza) per il minimo tra 1.50 e la larghezza della membratura (larghezza)

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Nel caso di strutture orizzontali al di sopra della strada, la forza di collisione è applicata sulle superfici verticali ed è di intensità pari a r∙Fd,x

Sull’intradosso si devono considerare gli stessi carichi ma con un’inclinazione di 10° verso l’alto. L’area di applicazione è di 0.25 m x 0.25 m.

dove r = 1 per altezza del sottovia fino a 5 m, decresce linearmente da 1.0 a 0 per altezze tra 5 e 6 m.

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Azioni da urtoUrti da traffico veicolare (sopra i ponti)

In assenza di specifiche prescrizioni, nel progetto dei ponti si può tener conto delle forze causate da collisioni accidentali attraverso una forza orizzontale equivalente di collisione di 100 kN distribuita su una lunghezza di 0.50 m.

dove h1= altezza della barriera – 0.10 m h2= 1.00 m.

Essa deve essere considerata agente trasversalmente ed orizzontalmente, applicata dal piano viario alla minore delle altezze h1 ed h2

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Azioni da urtoUrti di imbarcazioni

Si possono considerare, agenti non simultaneamente, due azioni nelle direzioni parallela (Fd,x ) e ortogonale (Fd,y = 0.50Fd,x ) alla direzione del moto dell’imbarcazione. L’azione tangenziale dovuta all’attrito agente simultaneamente all’azione Fd,y vale Fr = 0.40Fd,y

Classe imbarcazione Lunghezza [m] Massa a pieno carico [t] Forza Fd,x [kN]

Piccola 50 3000 30000

Media 100 10000 80000

Grande 200 40000 240000

Molto grande 300 100000 460000

In assenza di determinazioni più accurate, le forze statiche equivalenti per imbarcazioni marittime sono date in tabella

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Azioni da urtoUrti di imbarcazioni

Nei porti le forze di collisione possono essere ridotte del 50 %.

Se L è la lunghezza dell’imbarcazione, il punto di impatto più sfavorevole può essere preso nell’intervallo compreso tra 0.05L sotto e 0.05L sopra il livello dell’acqua in sede di progetto.L’area di impatto è di 0.05L in verticale e 0.1L in orizzontale..

Per imbarcazioni naviganti in acqua interne le forze statiche equivalenti possono essere ricavate sulla base di studi di comprovata validità.

Principali riferimenti

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Norme Tecniche per le Costruzioni. D.M. 14 gennaio 2008 pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 29 del 4 febbraio 2008 - Suppl. Ordinario n. 30

Istruzioni per l’applicazione delle Norme Tecniche per le Costruzioni. Circolare 2 febbraio 2009 pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 47 del 26 febbraio 2009 - Suppl. Ordinario n. 27

Calgaro J.A., M. Tschumi, Gulvanessian H. Designer’s Guide to Eurocode 1: Actions on bridges. EN 1991-2, EN 1991-1-1,-1-3 to -1-7 and EN 1990 Annex A2 2010 Editore Thomas Telford ISBN: 978-0-7277-3158-6

FINE

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