1 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO COLLE ISARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA Relatore: Ing. Daniele Zonta Correlatori: Simone Versini Ing. Alessio Bonelli Laureando: Marion Furtschegger Anno Accademico 2012/2013

2 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER Obiettivo finale: analisi probabilistica dell’affidabilità strutturale del viadotto Colle Isarco basata sul monitoraggio strumentale dell’opera Contributo a sviluppo di un modello agli elementi finiti, simulazione numerica e interpretazione del comportamento con modello di viscosità non classica Autostrada del Brennero S.p.a. Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica, Università degli Studi di Trento C ONVENZIONE DI RICERCA I L VIADOTTO C OLLE I SARCO Situato tra le progr. Km e km nel tratto tra Brennero e Vipiteno Importanza strategica per il corridoio 1: Berlino - Palermo

3 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER I L VIADOTTO C OLLE I SARCO D ATI TECNICI Struttura in cemento armato precompresso, realizzata tramite la tecnica a sbalzo dei conci con maturazione in opera, post -tesa Fase di costruzione: Lunghezza complessiva: m Larghezza complessiva: m Luce campate: 45.7 m – m

4 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER I L VIADOTTO C OLLE I SARCO Tratto analizzato: Trave isostatica con due sbalzi Lunghezza: m Sezione variabile a cassone Applicazione post – tensione mediante 414 barre Dywidag

5 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER Monitoraggio: Misurazione diretta annuale sulle mensole Abbassamenti notevoli sulla mensola dai primi anni in servizio Fenomeno riprende dopo alleggerimento impalcato con intensità minore I L VIADOTTO C OLLE I SARCO 23 cm P ROBLEMATICHE 8 cm

6 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER I L VIADOTTO C OLLE I SARCO Ispezioni sul viadotto: Corrosione locale (pitting) e diffusa delle barre Dywidag Rottura di singole barre Comportamento viscoso del calcestruzzo Impossibilità di cogliere bene il comportamento reale (Risultati ottenuti da E. Cazzador) Sviluppo di diversi scenari di danno, variando: Influenza viscosità (modello EC2) Numero barre rotte per corrosione

7 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER I NTRODUZIONE E MOTIVAZIONE SCELTA MODELLO B AZANT Ricerca recente: Koror-Babeldaob bridge in Palau Struttura in cemento armato precompresso conclusa nel 1977 Campata centrale di 261 m Snellezza elevata Intervento di risanamento per spostamenti eccessivi:  Installazione cavi di post – tensione  Rimozione cerniera in mezzeria Crollo 3 mesi dopo rientro in servizio senza ragione apparente M ODELLO DI VISCOSITÀ B3 (da: Excessive Deflections of Record-Span Prestressed Box Girder, Z. Bazant)

8 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER Analisi con differenti modelli di viscosità Risultati più pessimistici ma più realistici: Modello B3  Andamento spostamenti per viscosità non convergente  Andamento nettamente diverso rispetto gli altri modelli  Esistono differenze fondamentali nella formulazione dei modelli  Non è possibile estrapolare misure fatte a breve termine per previsioni a lungo termine M ODELLO DI VISCOSITÀ B3 (da: Excessive Deflections of Record-Span Prestressed Box Girder, Z. Bazant)

9 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER Deformazione unitaria elastica iniziale Funzione viscosità di base Funzione viscosità per essicamento (da: Solidification theory for concrete creep, Z. Bazant) M ODELLI B3 E UNI-EN M ODELLO DI VISCOSITÀ B3 Tiene conto di spostamenti dovuti all’essicamento differenziale tra soletta superiore ed inferiore Contiene due termini che provocano spostamenti non convergenti nel tempo Trascurato sul viadotto: effetto differenza temperatura, ritiro parziale

10 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER M ODELLO DI VISCOSITÀ B3 V ISCOSITÀ DI BASE Contributo EC2 Termine aggiuntivo

11 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER M ODELLO DI VISCOSITÀ B3 V ISCOSITÀ PER ESSICCAMENTO

12 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER M ODELLAZIONE DEL VIADOTTO MaterialiModulo elastico [MPa] Elementi impiegati Calcestruzzo C35/ SOLID186 Barre Dywidag St 85/105 (f p0.1k =850 MPa e f pk =1050 MPa) BEAM188 S IMULAZIONE NUMERICA Elemento strutturale a 20 nodi Proprietà sezione trasversale Altezza 2.60 – m Larghezza m Spessore soletta superiore 0.20 – 0.32 m Spessore nervature laterali 0.4 m Spessore soletta inferiore 0.15 – 1.00 m

13 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER d elastico [cm] Peso proprio strutturale 5.2 non strutturale 5.8 Travi tampone 14.7 Peso proprio totale 25.8 Precompressione con perdite d’attrito Totale fase elastica -4.9 S IMULAZIONE NUMERICA

14 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER D EFINIZIONE LEGGE VISCOSITÀ DIFFERENZIALE S IMULAZIONE NUMERICA

15 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER C ASI DI STUDIO Trave modello: Struttura a pochi gradi di libertà per simulazioni iniziali Rigidezza della sezione equivalente al cassone Raggi idraulici assegnati equivalenti alle solette del viadotto Modello viadotto a cassone: 1. Raggi idraulici medi su soletta inferiore e superiore 2. Simulazione completa con raggi idraulici reali S IMULAZIONE NUMERICA Materiale 1: E cls, D=0.25 m Materiale 2 : E rid, D=0.25 m Materiale 3 : E cls, D=0.98 m

16 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER C OMPORTAMENTO SOTTO MODELLO B3 Terzo termine della viscosità di base e viscosità per essicamento producono incrementi di spostamenti che non si esauriscono nel tempo Comportamento caratteristico della viscosità per essiccamento su sezioni a raggio idraulico non costante segno del momento flettente iniziale influisce su comportamento globale, conferma ipotesi su perdite iniziali T RAVE MODELLO Essicamento strato superiore Inversione comportamento, essicamento strato inferiore predomina deformazione

17 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER M ODELLO SEMPLIFICATO q 5, RH: determinano l‘ampiezza degli spostamenti k t : scala la velocità del fenomeno, è il fattore di scala del raggio idraulico S IMULAZIONE NUMERICA DI C OLLE I SARCO

18 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER S IMULAZIONE NUMERICA DI C OLLE I SARCO M ODELLO SEMPLIFICATO

19 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER S IMULAZIONE NUMERICA DI C OLLE I SARCO M ODELLO INTERO Il modello B3 da un comportamento nel tempo che riesce a descrivere con discreta precisione il comportamento fino lo scarico elastico.

20 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER Viadotto Colle Isarco ha subito spostamenti eccessivi ed inaspettati, non spiegabili con il modello di viscosità da UNI-EN Aggiungendo degrado barre è possibile ottenere risultati accettabili, ma non realistici Casi analoghi riportati in letteratura sono stati studiati con il modello B3 Comportamento reale della struttura spiegabile con modello B3, ipotizzando una perdita di pretensione iniziale maggiorata del 10% Intervento di risanamento previsto è da studiare in base al fatto che gli spostamenti sul ponte provengono dalla viscosità del calcestruzzo oltre che al degrado e dunque una semplice post – tensione con cavi esterni non risolve il problema C ONCLUSIONI

21 D IPARTIMENTO DI I NGENERIA C IVILE, A MBIENTALE E M ECCANICA – C ORSO DI I NGEGNERIA C IVILE A NALISI A LUNGO TERMINE DELLA RISPOSTA STRUTTURALE DEL VIADOTTO C OLLE I SARCO ANALIZZATO CON LEGGE DI VISCOSITÀ NON CLASSICA M ARION F URTSCHEGGER G RAZIE PER L ’ ATTENZIONE