Influenza della corrosione sulla vulnerabilità sismica dei viadotti

This research investigates the effects of corrosion on the seismic vulnerability of reinforced concrete viaducts, with the objective of characterizing the temporal evolution of their risk index under three different corrosion severity levels: low, medium, and high. The study aims to develop time-dependent degradation diagrams that can serve as effective tools for monitoring strategies and maintenance planning of bridges affected by carbonation-induced deterioration. Three viaducts with distinct structural configurations were examined in detail: solid-section piers, hollow-section piers, and frame-type piers. The seismic performance assessment was carried out using two complementary analytical approaches. Nonlinear static analyses were performed through the Modal Pushover Analysis (MPA) procedure, evaluating flexural and shear failure mechanisms separately. In addition, nonlinear dynamic analyses were conducted using Time History Analysis, in which both failure modes were considered simultaneously within a fully coupled framework. Based on the results obtained from the MPA, degradation curves of the risk index were derived as a function of reinforcement cross-sectional area reduction for each structural typology. These findings were subsequently compared and validated against analogous results from previous studies conducted on similar viaducts using the same methodological framework. Within a service-life horizon extending up to 75 years after construction, the risk index decay curves indicate a reduction in load-bearing capacity ranging from 50% to 70%, depending on both the governing failure mode and the structural configuration. Finally, the activation state of plastic hinges at the onset of structural failure was examined through the outcomes of the nonlinear Time History analyses. For all viaducts, collapse was consistently governed by brittle shear failure at the base of the piers. Furthermore, flexural hinges were not simultaneously activated at the time of failure, except in the case of the viaduct with hollow-section piers subjected to a high corrosion level, where slight flexural plasticization was observed at 50 years, concurrent with shear collapse. It can therefore be concluded that, at least for the set of viaducts considered, flexural failure mechanisms exert a negligible influence on the evaluated risk index.

Il lavoro studia l’influenza della corrosione sulla vulnerabilità sismica dei viadotti in cemento armato allo scopo di individuare l’evoluzione del loro indice di rischio in funzione del tempo, considerando tre differenti intensità del fenomeno corrosivo: bassa, media e alta. L’obbiettivo è l’ottenimento di diagrammi evolutivi che possano rappresentare uno strumento di controllo e programmazione degli interventi di manutenzione dei ponti soggetti a carbonatazione. In questo lavoro sono stati analizzati in dettaglio tre viadotti caratterizzati da schemi strutturali differenti (pile rette a sezione piena, pile rette a sezione cava, pile a telaio) mediante due differenti tipologie di analisi: Analisi statica non lineare attraverso la procedura Modal Pushover Analysis (MPA), nei confronti delle crisi a pressoflessione e taglio separatamente, e Analisi dinamica non lineare attraverso la procedura Time History Analysis, in cui le due modalità di crisi vengono considerate simultaneamente. Partendo dai risultati dell’analisi MPA, si sono determinate le curve di andamento dell’indice di rischio in funzione della riduzione d’area d’armatura della sezione per ogni schema strutturale. I risultati sono stati poi confrontati e validati con analoghi risultati riferiti ad altri viadotti analizzati con la stessa metodologia in precedenti ricerche. In particolare, nella finestra temporale che arriva a 75 anni dalla costruzione del viadotto, le curve di decadimento dell’indice di rischio evidenziano delle riduzioni della capacità portante variabile tra il 50% e il 70%, in funzione della modalità di crisi e della tipologia strutturale dell’opera. In conclusione, viene analizzato anche lo stato di attivazione delle cerniere plastiche al momento della crisi dei viadotti attraverso i risultati ottenuti dall’analisi Time History: il meccanismo di rottura ricorrente è quello associato alla crisi fragile per taglio alla base delle pile, per ogni viadotto. In aggiunta, si evidenzia anche come le cerniere flessionali non vengano contemporaneamente attivate salvo che nel caso del viadotto con pile a sezione cava e grado di corrosione elevato in cui, già a 50 anni dalla costruzione, una cerniera flessionale risulta lievemente plasticizzata al momento della crisi per taglio. Si può concludere quindi che, quantomeno nel set di viadotti considerati, la modalità di crisi per flessione influenza in modo non significativo il valore dell’indice di rischio.