· Progetto e Sperimentazione di Strutture

· Progetto di Ponti e Viadotti

· DISPOSITIVI DI APPOGGIO DELL’IMPALCATO

· Marco Bozza

· INTRODUZIONE

· Tipologie per funzione di impiego

· Tipologie per materiali di utilizzo

INTRODUZIONE

L’impalcato di ponti e viadotti è fissato sulle sottostrutture (pile e spalle) mediante degli organi di collegamento, detti dispositivi di vincolo. Questi dispositivi, alloggiando tra l’impalcato e le sottostrutture del ponte, sono soggetti alle seguenti azioni:

- azioni trasmesse dall’impalcato (azioni per stati di servizio);

- azioni trasmesse dalle sottostrutture (azioni sismiche).

Nel primo caso i dispositivi hanno la funzione di assorbire le azioni di servizio che l’impalcato trasmette loro e di trasferirle alle sottostrutture: per questo motivo sono detti dispositivi di appoggio. Nel secondo caso i dispositivi hanno la funzione di assorbire le eventuali azioni sismiche che le sottostrutture potrebbero trasmettere loro e quindi all’impalcato: per questo motivo sono detti dispositivi antisismici.

Mentre gli apparecchi di appoggio interessano tutti i ponti e svolgono la loro funzione per tutta la vita dell’opera, i dispositivi antisismici sono normalmente utilizzati nel caso di opere soggette ad azioni sismiche ed assolvono alla loro funzione solamente in presenza di sismi di una certa intensità.

Funzioni dei dispositivi di appoggio

I dispositivi di appoggio (o appoggi) sono dispositivi di vincolo che trasmettono le azioni previste e consentono rotazioni relative tra due elementi strutturali. In particolare impediscono il movimento relativo (appoggi fissi), o permettono il movimento (appoggi mobili) in una direzione (appoggi mobili unidirezionali) o in tutte le direzioni del piano (appoggi mobili multidirezionali) (Figura 1).

Figura 1

Gli appoggi sono progettati in modo da reagire alle azioni specifiche con il minimo spostamento possibile e consentire gli spostamenti specificati con le minime reazioni possibili. Infatti, le tolleranze di fabbricazione e le proprietà dei materiali impiegati, sono tali che gli spostamenti relativi non siano mai nulli, mentre l’attrito fa insorgere forze parassite che devono essere considerate in fase di progetto. Inoltre, ma non meno importanti, gli appoggi devono possedere i seguenti requisiti:

- essere facilmente ispezionabili;

- consentire una loro accurata manutenzione;

- essere agevolmente sostituibili in caso di necessità.

Tipologie per funzione di impiego

I dispositivi di appoggio si suddividono in due categorie per funzione di utilizzo:

- appoggi fissi

- appoggi mobili

Appoggi fissi

Gli appoggi fissi hanno la funzione di ancorare l’impalcato alle sottostrutture consentendo, nel contempo, rotazioni relative fra le superfici a cui sono fissati. Essi trasmettono, oltre alle azioni verticali dovute al peso strutturale dell’impalcato e dei veicoli che vi transitano sopra, anche azioni orizzontali dovute al vento, alle forze di frenata, all’attrito degli appoggi mobili, alle eventuali forze centrifughe e al sisma quando hanno anche la funzione di dispositivi antisismici.

Gli appoggi fissi si suddividono nelle seguenti tipologie:

- a contatto lineare (Figura 2a);

- a contatto puntuale;

- a disco elastomerico (Figura 2b);

- a calotta sferica con superfici di scorrimento in PTFE (Figura 3a e Figura 3b).

Figura 2

Figura 2a Figura 2b

Figura 3

Figura 3a Figura 3b

Appoggi mobili

Gli appoggi mobili, come quelli fissi, oltre ad avere sempre la funzione di ancorare l’impalcato alle sottostrutture e di trasmettere loro le forze verticali, consentono anche, insieme alle rotazioni relative, spostamenti relativi fra le superfici a cui sono fissati. Questi ultimi possono essere causati da variazioni termiche, deformazioni viscose del calcestruzzo, deformazioni elastiche e ritiro. Questi apparecchi si suddividono in due categorie:

- appoggi mobili unidirezionali: permettono lo spostamento relativo in una prefissata direzione;

- appoggi mobili multidirezionali: permettono lo spostamento relativo in tutte le direzioni.

Gli appoggi mobili si suddividono nelle seguenti tipologie:

- a cerniera cilindrica con appoggio a rullo (Figura 4a)

- a cerniera cilindrica a contatto lineare con superficie di scorrimento in PTFE (Figura 4b)

- a sella cilindrica con superfici di scorrimento in PTFE

- a cerniera sferica a contatto puntuale con superficie di scorrimento in PTFE

- a disco elastomerico con superficie di scorrimento in PTFE (Figura 5a e Figura 5b)

- a calotta sferica con superfici di scorrimento in PTFE

Figura 4

Figura 4a Figura 4b

Figura 5

Figura 5a Figura 5b

Tipologie per materiali di utilizzo

Gli apparecchi di appoggio si possono suddividere, a seconda del materiale di cui sono costituiti, in:

- appoggi in gomma

- appoggi in acciaio

La differenza del materiale utilizzato implica anche un diverso comportamento in esercizio.

Appoggi in gomma

Questi appoggi sono costituiti da strati di gomma separati da lamiere di acciaio, e sono in grado di reagire alle seguenti azioni:

- forze verticali

- forze o spostamenti orizzontali in ogni direzione

- rotazioni attorno ad un asse qualsiasi

Il loro funzionamento può essere identificato con un comportamento intermedio tra quello degli appoggi fissi e quello degli appoggi mobili. Tale comportamento deriva direttamente dalle proprietà che caratterizzano la gomma sotto carico.

Poiché essa si deforma a volume pressoché costante, quando subisce uno schiacciamento per effetto di una forza verticale N (Figura 6a), nascono delle tensioni tangenziali che tendono a produrre uno slittamento (dilatazione trasversale). Quest’ultimo viene contrastato dalla presenza delle lamine di acciaio, efficacemente vincolate agli strati di gomma mediante vulcanizzazione.

Figura 6

Figura 6a Figura 6b Figura 6c

Nel caso di forze orizzontali H (Figura 6b) gli strati subiscono traslazioni orizzontali in regime di tensione tangenziale pressoché costante. Lo spostamento che ne segue dipende dal modulo di elasticità tangenziale della gomma e dalla sua qualità, dalla temperatura e dalla durata di applicazione del carico. Glia appoggi in gomma hanno il notevole vantaggio di reagire alle azioni orizzontali istantanee (vento, frenature, ecc.) con piccole deformazioni e alle deformazioni lente (fluage della struttura, variazioni termiche, ecc.) con piccole reazioni.

Per azioni flettenti M (Figura 6c) che producono rotazioni gli appoggi in gomma reagiscono mantenendo piane le superfici di contatto con l’impalcato e le sottostrutture. L’andamento dello stato tensionale normale e tangenziale è rappresentato in diagrammi con valori a segni alterni.