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Cavalcavia Via Cavallera - Autostrada A4 - Dispositivi di vincolo

Vincoli
Vista degli isolatori sismici

Per il sistema di vincolo sono stati utilizzati quattro isolatori sismici elastomerici 600x149 mm, i quali sono stati direttamente realizzati dal costruttore metallico, disposti a due a due in corrispondenza di ciascuna spalla.
 
Particolare costruttivo del dispositivo di appoggio
Particolare costruttivo del dispositivo di appoggio

Vista dei dispositivi di vincolo durante la costruzione
Vista dei dispositivi di vincolo durante la costruzione

I dispositivi di appoggio sono costituiti da strati alterni di acciaio e di elastomero collegati mediante vulcanizzazione: le dimensioni ed il numero di tali strati di gomma conferiscono a ciascun isolatore una determinata rigidezza orizzontale. Il corpo dell’isolatore è formato da una sequenza di strati orizzontali di gomma alternati a lamierini in acciaio di rinforzo vulcanizzati: Il dispositivo è completato con le piastre di chiusura superiore e inferiore dotate di opportuni sistemi di ancoraggio alle strutture esterne (perni, viti, zanche).

Essendo caratterizzati da un ridotto valore di rigidezza orizzontale, essi garantiscono un disaccoppiamento del moto orizzontale della struttura rispetto a quello del terreno ed una conseguente riduzione della risposta sismica della struttura. La capacità dissipativa dell’isolatore durante cicli di deformazione a taglio è fornita interamente dalla particolare composizione delle mescole di gomma: per ogni mescola lo smorzamento equivalente minimo garantito corrispondente ad una deformazione a taglio del 100% è pari a ζb=15%.
 
Vista in pianta dispositivo
Vista in pianta del dispositivo

Metà sezione / metà vista frontale – configurazione usuale
Metà sezione / metà vista frontale – configurazione usuale
Componenti:
  1. Strati di gomma;
  2. Lamierini di rinforzo;
  3. Piastra vulcanizzata superiore;
  4. Piastra vulcanizzata inferiore;
  5. Piastra di ancoraggio superiore;
  6. Ancoraggi (viti) tra piastra vulcanizzata e piastra di ancoraggio;
  7. Ancoraggi superiori;
  8. Ancoraggi inferiori.
 
I dispositivi sono dotati di una certa capacità dissipativa utile a minimizzare gli spostamenti della struttura isolata.

Il comportamento degli isolatori in una prova a deformazione orizzontale e la modellazione matematica standard del primo ramo di carico (legame elastico lineare) sono mostrati nei grafici seguenti:
 
Grafico
Modellazione matematica del comportamento meccanico

Comportamento reale di uno degli isolatori utilizzati durante una prova di collaudo in laboratorio
Comportamento reale di uno degli isolatori utilizzati durante una prova di collaudo in laboratorio

Il comportamento è modellato dunque attraverso un legame lineare dove il carico orizzontale applicato e lo spostamento ottenuto sono correlati dalla rigidezza a taglio orizzontale attraverso la seguente formula:

Fh=kh ∙ d

Dove:
- Fh è il carico orizzontale;
- d è lo spostamento orizzontale;
- kh è la rigidezza orizzontale a taglio, determinata come:
Formula
In cui:
- G è il modulo di taglio della gomma utilizzata;
- A è l’area totale di appoggio;
- Tq è lo spessore totale degli strati di gomma.
 
A differenza della modellazione matematica (comportamento nominale), che prevede la costanza della rigidezza al variare della deformazione, il comportamento sperimentale dei dispositivi mostra una rigidezza orizzontale kh non costante.

In particolare, per cicli a piccole deformazioni il dispositivo risponde con una rigidezza elevata, pari a oltre 3-4 volte il valore nominale.

Al crescere della deformazione la rigidezza diminuisce, fino a stabilizzarsi al valore nominale di progetto per deformazioni pari almeno al 100% dell’altezza di gomma (d/Tq ≥ 1).

Di conseguenza il valore della rigidezza traslazionale dei dispositivi in condizioni di esercizio (per le quali gli spostamenti imposti sono inferiori) risulta più elevata di quella in condizione sismica: il valore della rigidezza traslazionale in condizioni di esercizio risulta pari a 12.375 kN/m, mentre quella in condizioni sismiche risulta pari a 4.950 kN/m. In fase di progettazione tali valori sono stati infatti utilizzati in un’analisi dinamica lineare al fine della valutazione delle azioni sismiche e nella ripartizione delle azioni orizzontali trasmesse dall’impalcato ai diversi elementi di sostegno.
 
Proprietà nominali isolatore

Le spalle sono state progettate affinché si mantengano in campo elastico sotto l’azione sismica allo stato limite ultimo: in questo modo si garantisce che, anche a seguito di un evento sismico di eccezionale intensità, gli unici elementi che a rimanere danneggiati sono i dispositivi di vincolo, più facilmente sostituibili alla fine dell’evento sismico, mentre gli elementi strutturali costituenti l’opera mantengono integre le proprie capacità di resistenza. Anche i pali di fondazione sono stati progettati in modo da rimanere in campo elastico.

Non è stato necessario tenere in conto nel dimensionamento delle sottostrutture gli effetti delle azioni termiche, dal momento che l’impalcato è stato vincolato in modo isostatico. Le variazioni termiche sono state invece considerate nel dimensionamento dei giunti, assumendo una variazione termica di +/- 30°C. Per quanto riguarda il dimensionamento dei traversi e stata considerata una variazione uniforme sulla soletta di +/- 10°C.


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Si ringrazia la C.M.M. F.lli Rizzi srl per il materiale tecnico fornito.


 

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