Il comportamento meccanico delle spalle dei ponti in condizioni sismiche è piuttosto complesso in quanto dipendente dalla risposta dinamica di più sistemi meccanici, di natura sia strutturale che geotecnica, che interagiscono tra loro secondo molteplici meccanismi ancora poco esplorati. Il sistema spalla, inteso come l'insieme del terreno di fondazione, della struttura di fondazione, del rilevato di accesso al ponte e degli elementi strutturali della spalla, è una parte dell'opera piuttosto massiccia alla quale è associata una massa considerevole che viene eccitata dal sisma e che quindi influenza fortemente la risposta dinamica del ponte, secondo modalità che dipendono da come le azioni sismiche vengono trasmesse nell'interazione terreno-spalla-sovrastruttura. La spalla, pertanto, è la parte che solitamente risente delle maggiori incertezze durante il progetto di un ponte, in termini di comportamento dinamico locale e di come quest'ultimo influenzi la risposta dinamica globale del ponte.
Si propone lo studio dell'interazione dinamica terreno-spalla-sovrastruttura mediante analisi dinamiche non lineari tridimensionali, realizzando modelli numerici avanzati che riproducano la struttura della spalla e tutti i sistemi meccanici, terreno e sovrastruttura del ponte, che interagiscono con essa al fine di studiarne la risposta d'insieme in condizioni sismiche. Inizialmente si è analizzato in profondità un caso di studio particolarmente significativo per il problema in esame, a partire dal quale si eseguirà una mirata analisi parametrica con il fine di avere un quadro chiaro e completo dei fattori che governano il fenomeno e ottenere dei risultati applicabili in contesti geotecnico-strutturali differenti. Infine si procederà anche ad una rappresentazione dei risultati utile per la progettazione delle spalle e per un maggior controllo antisismico di tutta l'opera.
La ricerca in esame si propone la determinazione di un chiaro e completo quadro comportamentale delle spalle in campo dinamico, colmando le mancanze dell'attuale stato dell'arte e cercando di pervenire ad una descrizione ordinata ed elegante del fenomeno di interazione dinamica terreno-spalla-sovrastruttura che possa condurre ad un miglioramento del progetto dei ponti.
Per raggiungere i risultati di cui sopra, si stanno implementando modelli numerici innovativi per lo studio della risposta dinamica delle spalle, sufficientemente accurati da riprodurre sia la risposta dinamica locale del sistema spalla che, tramite il metodo di equivalenza descritto sopra attualmente in fase di formulazione, consentano di definire una verosimile trasmissione delle azioni sismiche con il resto del ponte e quindi poterne studiare la dinamica globale con maggior accuratezza e precisione. Verranno esaminate diverse condizioni geotecnico-strutturali al fine di individuare delle soluzioni di ottimo per il progetto di una spalla, ovvero delle soluzioni che consentano di avere una progettazione maggiormente sicura ed economica. Quindi, sicuramente si stanno ricercando soluzioni quantitative basate, però, su fondamenti concettuali e procedure di calcolo di generale validità nel campo dell'interazione delle strutture con il terreno in condizioni sismiche al fine di poterli applicare anche in altri contesti strutturali. Un altro aspetto di forte innovatività della ricerca consiste nell'investigare l'effetto della non-linearità costitutiva in fondazione, con l'obiettivo di concepire l'insieme terreno-fondazione come un unico elemento che, a prescindere dall'utilizzo di dispositivi di controllo sismico, protegge la struttura grazie allo sviluppo di controllati meccanismi deformativi plastici. L'esplorazione di questo concetto verrà indirizzata in particolar modo al caso delle fondazioni profonde, dove ammettere una risposta plastica dell'insieme terreno-pali potrebbe portare a un importante effetto di attenuazione della domanda sismica per la struttura.
Come ultimo aspetto che racchiude sinteticamente il significato di quanto esposto sin ora, la ricerca di un collegamento sempre più diretto e profondo tra la meccanica strutturale e la meccanica delle terre è necessaria, sia nell'ambito della ricerca scientifica che in quello della progettazione, per rendere sempre più comunicanti i due mondi dell'Ingegneria Strutturale e dell'Ingegneria Geotecnica che sono due facce diverse di una stessa medaglia. La continua evoluzione nel tempo della progettazione sismica delle strutture richiede che si sviluppino le conoscenze nel campo dell'interazione dinamica terreno-struttura al fine di studiare il comportamento dinamico nel suo complesso. Questo condurrà sicuramente alla nascita di numerose innovazioni nel campo dell'Ingegneria Sismica sia di carattere tecnologico, come ad esempio l'adozione di nuove tecnologie antisismiche disposte nel terreno di fondazione, che metodologico, introducendo nuove filosofie progettuali, per progettare strutture sempre più sicure ed oltre i limiti di oggi.