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Il rinforzo strutturale del viadotto Colle Isarco

L’incremento del coefficiente di sicurezza dell’impalcato mediante il consolidamento strutturale delle travate a cassone tipo “Niagara” per mezzo di cavi integrativi di precompressione

Il rinforzo strutturale del viadotto Colle Isarco

Il sistema di monitoraggio

Nel caso del viadotto Colle Isarco il sistema di monitoraggio è composto da tre diverse tecnologie. La prima, installata nel 2014 per la misurazione in continuo degli spostamenti, prevede l’impiego di due stazioni totali tipo Leica TM50 e prismi ottici circolari ad elevata precisione tipo Leica GPR112 posizionati in 12 benchmarks a garanzia di un’incertezza di misura inferiore ai 5 mm (Kirkup & Frenkel 2010). La seconda, installata nel 2016, è costituita da sensori a fibra ottica (FOSs) e termocoppie tipo T (PT100). A supporto di questo sistema inoltre, saranno installate celle di carico su ogni testata dei cavi integrativi per la misurazione continua della tensione applicata. Le stazioni totali sono installate all’interno di una campana di protezione in vetro siliceo a basso contenuto di ferro in grado di minimizzare l’errore strumentale dovuto alla rifrazione.

Il sistema topografico è stato progettato per monitorare il comportamento dell’impalcato compreso tra le pile 7 e 10 durante l’intervento di rinforzo strutturale e in fase successiva di esercizio. La presollecitazione esterna ha fatto registrare ai prismi 8N1 delle selle Gerber in via Nord e Sud dello sbalzo da 59 m (sezioni E – F), un recupero sul trend di abbassamento di oltre 70 mm. Il beneficio ottenuto è stato valutato tenendo conto della rototraslazione indotta nell’impalcato dalla variazione termica differenziale che agisce sulle pile di diversa elevazione. La disposizione degli estensimetri a fibra ottica tipo FBG (Fiber Bragg Grating) sulla soletta superiore e inferiore delle travate è stata prevista per monitorare continuamente le deformazioni istantanee e differite derivanti dal sistema di rinforzo installato. Dei 56 sensori FBG previsti, 48 hanno una lunghezza di 2 m mentre i restanti otto solamente di 1 m. L’impalcato tra le pile 7 e 10 è stato suddiviso in 14 sezioni, ciascuna delle quali presenta quattro sensori.

Le 80 termocoppie annegate nel getto forniscono una mappatura termica dell’intero viadotto. Per le travate sulle pile 7 e 8, suddivise in dieci sezioni, né vengono installate 16 in corrispondenza delle sezioni C5 e C7 e 6 nelle rimanenti sezioni. La disposizione viene ripetuta in maniera analoga anche per l’impalcato tra le pile 9 e 10. Le unità di acquisizione dati (Master Unit) installate all’interno dei cassoni, trasmettono le misurazioni a un database attraverso quattro Switch Ethernet dotati di Protocollo TCP/IP. La criticità del contesto ambientale in cui sorge il viadotto ha portato alla scelta di ogni componente affinché sia in grado di operare all’interno di un ampio range di temperatura, compreso tra i –20 e i +30 °C.

Le prove di carico

Le prove di carico vengono effettuate allo scopo di confrontare i risultati sperimentali con le previsioni derivanti dal calcolo teorico. In particolare si verifica che le frecce generate dal carico di collaudo siano inferiori o al limite uguali a quelle di calcolo, che la struttura presenti un buon ritorno elastico e che non vi siano frecce residue rilevanti al termine di ogni ciclo di carico. Per l’applicazione del carico di collaudo nelle varie fasi si sono adoperati un massimo di 18 autocarri di massa unitaria 38.000 kg, per un carico complessivo di 6.707 kN. La prova di carico è stata eseguita sulle due travate da 166,50 m per entrambe le carreggiate. La misurazione delle frecce è stata eseguita in 16 punti di controllo tramite due stazioni totali robotizzate, una Trimble S3 e una Leica, dotate di una precisione angolare rispettivamente di 0,3 mgon e 0,6 mgon.

I punti di misura sono stati posizionati in corrispondenza delle testate, delle pile principali, della mezzeria dello sbalzo, ai quarti e in mezzeria della campata da 91 m. Gli autocarri durante le varie fasi di collaudo sono distribuiti in due o tre colonne di automezzi con cabine rivolte sempre verso Sud. La tipologia di veicolo prevista è quella a quattro assi con ingombro complessivo di 2,50 m in larghezza e 8,35 m in lunghezza. A fronte di un momento sollecitante di 1.401.245 kNm durante la prova di carico del 15 Ottobre 2015 e un coefficiente di sicurezza di 1,12, la freccia massima registrata all’estremità della mensola in via Nord lato Brennero (pila 7-8) è stata di 8,36 cm. L’abbassamento è stato inferiore al valore atteso stimato analiticamente in 10,83 cm. Le frecce misurate nelle restanti selle Gerber delle mensole da 59 m sono inferiori e pari a 7,96, 8,00 e 7,97 cm rispettivamente in Via Sud (lato Brennero e Vipiteno) e Via Nord (lato Vipiteno). In maniera analoga, durante il collaudo delle quattro campate centrali da 91 m, la freccia massima registrata nella configurazione con 18 autocarri in Via Nord (lato Vipiteno) è stata di 1,98 cm a fronte dei 2,53 cm previsti dal progetto.

Conclusioni

Va ricordato come il coefficiente di sicurezza originario abbia subito una “riduzione” dovuta all’incremento dei carichi da traffico previsti dalle nuove normative tecniche (D.M. 14.02.2008) rispetto a quelli previsti dalla Circolare n. 384 del 1962 con la quale il viadotto è stato originariamente calcolato e costruito. Nella condizione post-intervento, in corrispondenza della sezione maggiormente sollecitata e nell’ipotesi di barre Dywidag completamente integre, il coefficiente di sicurezza allo Stato Limite Ultimo è stato portato a 1,30. Visto lo stato conservativo delle barre di precompressione alloggiate negli strati superiori delle solette dei cassoni e in considerazione delle previsioni relative all’ossidazione incipiente di un’ulteriore percentuale di tali barre, anche in presenza di danneggiamenti nell’ordine del 40%, il rinforzo garantisce la piena resistenza ai carichi e la funzionalità dell’opera con coefficienti di sicurezza dell’ordine di 1,11.

I risultati dell’analisi strutturale hanno dimostrato come sia stato possibile riprodurre il comportamento anomalo di travi a sezione scatolare grazie a modelli di viscosità differenti da quelli proposti dalle Normative italiane ed europee. Questo consentirà inoltre di prevedere il comportamento dell’impalcato in seguito a futuri interventi di manutenzione o variazioni di carico. I dati finora raccolti dal sistema di monitoraggio sono confortanti e l’errore sulle misurazioni è inferiore a quanto previsto in fase di progetto. In conclusione si può certo affermare che tale intervento si pone all’avanguardia sia per la metodologia d’indagine condotta (che ha consentito di conoscere a fondo la struttura oggetto dell’intervento di consolidamento), sia per le tecniche di rinforzo e di protezione strutturali previste, nonché per le tecniche di monitoraggio poste in essere per garantire un continuo e completo controllo dello stato tenso-deformativo della struttura.