Analisi della risposta sismica di spalle con vincoli fissi: il caso di un viadotto dell'Alta Velocità ferroviaria

Seismic response analysis of bridge abutments rigidly connected to the deck should include the effects of the interaction between the soil and the abutment, and the inertia forces acting on the mass of the structure. Soil-structure interaction analysis can be carried out using complete numerical models, in which the dynamic equilibrium equations are solved in the time domain, allowing for the consideration of site response analysis, non-linear soil behavior, and kinematic and inertial effects of soil-foundation-structure interaction. The simplified analysis, widely used in design practice, involves the determination of pseudo-static forces based on a design spectrum, which on these types of structures often leads to much severe actions on these types of structures. The paper presents the results of non-linear finite element dynamic analyses, both two-dimensional and three-dimensional, to obtain the seismic response of a pile-founded abutment selected from a High-Speed Railway project. Results of the analyses are then compared with those obtained by means of the simplified method. Advantages and disadvantages of each method are discussed.

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 17/01/2018) prevedono che l’analisi della risposta sismica di spalle da ponte con apparecchi di appoggio fissi includa gli effetti di interazione tra il terreno, la spalla e la parte di ponte accoppiata. Tale analisi può essere eseguita mediante modelli numerici completi, in cui le equazioni di equilibrio dinamico vengono risolte nel dominio del tempo, che permettono di considerare la risposta sismica locale, il comportamento non-lineare del terreno, gli effetti cinematici e inerziali di interazione terreno-fondazione-struttura. In alternativa, è possibile utilizzare un’analisi semplificata determinando le forze di inerzia agenti sulle diverse parti del sistema con riferimento alle accelerazioni dello spettro di risposta di progetto. L’analisi semplificata, di largo impiego nella pratica progettuale, conduce tuttavia ad azioni molto severe sulle opere di questo tipo, in particolar modo per le novità introdotte dalla normativa vigente. Nell’articolo vengono presentati i risultati ottenuti da analisi dinamiche nonlineari agli elementi finiti, sia bi-dimensionali che tri-dimensionali, relativi alla risposta sismica di una spalla fondata su pali, per un caso tipico selezionato da un progetto di Alta Velocità ferroviaria attualmente in costruzione nel nord Italia. I risultati delle analisi vengono poi confrontati con quelli ottenuti applicando il metodo semplificato previsto dalle Norme Tecniche. Vantaggi e svantaggi di ciascun metodo sono infine discussi, con particolare attenzione alle potenzialità di impiego nella pratica progettuale dell’analisi di interazione terreno-struttura e le implicazioni attese nel dimensionamento strutturale di opere strategiche.