Risorgimento bridge in Rome : context, analysis, comparisons

The Risorgimento type bridge is a type of bridge that is halfway between the arch bridge and the beam bridge types. The Risorgimento bridge, built in Rome in 1911, is the most famous example and also the biggest in dimensions among these types of bridges. The behaviour of these kinds of structures is nowadays quite controversial, because they could be seen both as beams with strongly variable cross-sections and as tied arch bridges. Since the earliest years of its construction, an intense technical debate on Risorgimento bridge has taken place and several academic publications have investigated the structural behaviour of the bridge. If studied with a linear elastic analysis, non-admissible stresses can be observed in the structure (Marcus, 1912). Initially the idea of neglecting the tension stresses was introduced (Parvopassu, 1914), then the existence of a corrective distortion due to the “plastic” behaviour of concrete lowering the stresses has been examined (Danusso e Oberti, 1939). The aim of the present work has been to examine the different past studies and analytical approaches dealing with the dimensioning and assessment of Risorgimento Bridge. The limits of the frame models have been analyzed and the need of two dimensional modeling in order to better understand the physic of the problem has been therefore proposed. The Modified Compression Field Theory has been recalled, implemented in ad hoc computer code with plane non-linear finite elements. The developed algorithm has been tested on the basis of several case studies on critical shear panels and beams. Before proceeding with the bidimensional analysis of the bridge, a mono dimensional analysis has been carried out. In particular two models have been developed, observing their different response to incremented load. After the monodimensional study, the Risorgimento bridge bidimensional model has been studied. Such an analysis involves: a representative modeling of the geometrical characteristics of the bridge, a proper discretization of the structure, the characterization of material properties in the real structure. For this aim two models have been developed: the first was used to model the presence of introduced vertical cuts in the toil walls, and the second model was used to hypothesize that the cuts do not affect the structural behaviour. The structural behavior of the models has been brought to collapse with an incremented applied load. The (I)cracking pattern, (II)stresses and (III) strain have been studied focusing on critical structural aspects and significant comparisons. The results obtained from the different models allow to better understand the dominant behavior of these kind of bridges.

Tra le tipologie di ponti esistenti si inserisce tra i ponti ad "arco" ed i ponti a "trave" il ponte "tipo Risorgimento", costruito a Roma nel 1911 dalla Compagnia Porcheddu, che rappresenta l’esempio più grande per fama e per dimensioni di tale tipologia costruttiva. Il comportamento di queste strutture è, ad oggi, poco chiaro perché, difatti, risulta intermedio tra una trave a sezione variabile ed un ponte ad arco ribassato. Sin dai primi anni di costruzione, il Ponte Risorgimento è stato caratterizzato da un intenso dibattito sul suo comportamento strutturale. Attraverso un’analisi elastica lineare si deduce che il ponte ha, in più sezioni, tensioni critiche (Marcus, 1912). Negli anni successivi alla costruzione del ponte sono stati condotti numerosi dibattiti tecnici e pubblicazioni accademiche per spiegarne il comportamento strutturale; dapprima si sono introdotti i concetti della parzializzazione delle sezioni (Parvopassu, 1914), poi la presenza di una distorsione correttiva legata alle proprietà “plastiche” del calcestruzzo che riportasse le tensioni a livelli ammissibili (Danusso e Oberti, 1939). La tesi inizia richiamando ed esaminando i diversi approcci analitici e tecniche di modellazione monodimensionale che sono state utilizzate per dimensionamento e la verifica del Ponte Risorgimento. Si discutono poi in questa sede i limiti di un modello a telaio e la necessità di una modellazione di tipo bidimensionale per cogliere meglio la natura del problema fisico. Successivamente si richiama la teoria diffusa della Modified Compression Field Theory, implementata in un codice di calcolo opportuno per lo sviluppo di elementi finiti piani non lineari. L’algoritmo che è stato sviluppato è stato testato facendo riferimento a diversi esempi in letteratura di travi e pannelli critici a taglio. Prima dello studio bidimensionale del problema si è studiato il ponte ipotizzando due modelli a elementi finiti monodimensionali, osservandone la risposta strutturale totalmente differente in seguito all’applicazione di carichi crescenti. Si procede, in seguito, con lo studio bidimensionale del ponte Risorgimento. Tale problema richiede: una modellazione rappresentativa della geometria della struttura del ponte; una discretizzazione opportuna della struttura; individuazione dei parametri meccanici di progetto della struttura reale. A tale scopo si creano due modelli bidimensionali rappresentativi del ponte: uno per simulare l’applicazione di tagli trasversali nei timpani in fase costruttiva, l’altro, ipotizzando l’assenza di questi ultimi. Il comportamento strutturale di questi ultimi viene investigato portando al collasso le strutture mediante un carico incrementato da un coefficiente moltiplicatore dei carichi in termini sia di (I) spostamenti, che di (II) fessure, (III) sforzi e (IV) deformazioni, individuandone criticità strutturali e confronti significativi. I risultati ottenuti dai modelli effettuati, consentono di approfondire e meglio interpretare il comportamento di questo tipo di ponti e il ruolo che le diverse sottostrutture (arco, setti, impalcato) giocano nel caratterizzare il comportamento “dominante”. Si ritiene che questo contributo possa essere di utilità nella valutazione delle prestazioni di altri ponti esistenti con le stesse caratteristiche attraverso un modello rappresentativo che può essere ulteriormente raffinato.