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La precompressione esterna di impalcati in acciaio-cls

Il ripristino del ponte sul torrente Marro, sulla Strada Provinciale 29, nella provincia di Reggio Calabria

Le alluvioni del 2008

Gli eventi meteorologici che hanno colpito la Calabria e la Sicilia, nel periodo compreso tra Dicembre 2008 e Gennaio 2009, sono stati assolutamente eccezionali: in alcune località di queste due regioni non aveva mai piovuto così tanto da quando esistono i rilevamenti pluviometrici. La Calabria è stata colpita in modo esteso con piogge abbondanti e intense su gran parte del territorio, con esclusione delle due estreme punte meridionali e Nord-occidentali.

Immagini

  • Il ponte Marro danneggiato poco prima del crollo
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    Il ponte Marro danneggiato poco prima del crollo
  • La sezione trasversale dell’impalcato
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    La sezione trasversale dell’impalcato
  • La trave trasportata dalla corrente
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    La trave trasportata dalla corrente
  • La fase di installazione degli appoggi
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    La fase di installazione degli appoggi
  • La fase di recupero della terza trave dopo il danneggiamento (le altre due sono già varate)
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    La fase di recupero della terza trave dopo il danneggiamento (le altre due sono già varate)
  • La fase di varo delle travi
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    La fase di varo delle travi
  • Le opere provvisionali temporanee da demolire dopo la fase 2
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    Le opere provvisionali temporanee da demolire dopo la fase 2
  • I martinetti in fase di tesatura dei cavi
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    I martinetti in fase di tesatura dei cavi
  • I cavi già pronti per la tesatura
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    I cavi già pronti per la tesatura
  • Un dettaglio del traverso in corrispondenza dei deviatori
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    Un dettaglio del traverso in corrispondenza dei deviatori
  • Particolari costruttivi del sistema di ancoraggio dei cavi di precompressione
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    Particolari costruttivi del sistema di ancoraggio dei cavi di precompressione
  • Lo schema riepilogativo delle fasi di calcolo
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    Lo schema riepilogativo delle fasi di calcolo
  • Un dettaglio della zona d’ancoraggio dei cavi - modello FEM con SOFiSTiK
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    Un dettaglio della zona d’ancoraggio dei cavi - modello FEM con SOFiSTiK
  • Il profilo longitudinale del ponte nella configurazione finale rinforzata
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    Il profilo longitudinale del ponte nella configurazione finale rinforzata
  • I dati sperimentali di monitoraggio
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    I dati sperimentali di monitoraggio
  • La prova di carico
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    La prova di carico

Tra i tanti ingenti danni provocati da tali fenomeni, senza dubbio uno dei più significativi è stato il crollo del ponte sul torrente Marro, sulla S.P. 29, nella provincia di Reggio Calabria. L’Amministrazione Provinciale, su progetto esecutivo delle Società di ingegneria Pro-Gineer Srl e ST Global Srl di Varapodio (RC), ha affidato i lavori di ripristino dei danni infrastrutturali all’ATI AVR SpA e Poliedil Sas.

Il progetto del ponte sul torrente Marro

Il progetto esecutivo dell’opera ha previsto un impalcato a campata unica, di luce pari a 52 m e larghezza trasversale di 10,10 m, costituito da tre travi longitudinali portanti in acciaio di altezza complessiva pari a 2 m, poste ad interasse di 3,50 m. I trasversi di testa sono realizzati con profili commerciali del tipo HE1000M mentre quelli correnti con profili, sempre tratti dai profilari commerciali, del tipo HE800M. La soletta di completamento, dello spessore pari a 25 cm e gettata su predalles autoportanti staticamente attive, è del tipo collaborante in calcestruzzo armato.

Le alluvioni del 2010

Nel Novembre 2010, durante i lavori di ricostruzione del ponte, l’intera provincia di Reggio Calabria veniva nuovamente spazzata da straordinari fenomeni piovosi. Il cantiere del ponte Marro veniva pesantemente danneggiato, in quanto la piena del torrente omonimo scardinava una delle tre travi in acciaio, in fase di assemblaggio, trasportandola a valle.

I lavori erano in piena attività e consistevano nel varo delle travi portanti longitudinali, due delle quali erano già state posizionate sugli appoggi temporanei, ubicati sulle due spalle opposte. La terza trave, quella di riva lato valle, era temporaneamente in fase di assemblaggio in quanto posizionata su altrettanti appoggi

temporanei, a circa 2 m dal pelo libero del torrente. La trave, trascinata dal fiume, è stata sottoposta a sollecitazioni straordinarie non previste in fase progettuale. La necessità della Direzione dei Lavori e dell’Impresa era divenuta quella di sopperire all’evento imprevisto recuperando la trave e riadattandola a costi contenuti.

Gli interventi di recupero
Il recupero della trave coinvolta nell’alluvione

Recuperata la trave che in precedenza il torrente aveva divelto, diveniva cruciale operare una scelta tecnica, solo basandosi su considerazioni visive del manufatto recuperato. Il dubbio era che l’acciaio potesse, durante gli spostamenti indotti dalla corrente, aver raggiunto e superato, in qualche sezione strutturale importante, il limite elastico.

L’esame visivo, l’unico possibile in quelle circostanze, evidenziava alcune deformazioni plastiche circoscritte, ma nulla propendeva a far ritenere che le caratteristiche meccaniche e inerziali della trave potessero essere state compromesse. La Direzione dei Lavori e l’Impresa concordavano, pertanto, nel proseguire le operazioni di varo anche della terza trave, programmando comunque un fitto piano di monitoraggio topografico della risposta, in funzione dei carichi progressivi che andavano applicandosi in fase di completamento (posa predalles, montaggio acciaio da c.a., getto del solaio collaborante in cls). Se il comportamento sotto carico dell’impalcato (che rappresentava un vero e proprio collaudo in corso d’opera) fosse stato perfettamente in linea con quanto previsto in progetto, i risultati avrebbero dato conferma della piena efficienza strutturale del ponte nel suo complesso.

Le prime due fasi in programma (predalles + acciaio da c.a.), e anche il 90% della successiva (getto del cls), dimostravano un comportamento perfettamente elastico della struttura in quanto carichi e cedimenti erano perfettamente fra loro correlati dalle note leggi fisiche.

Il rinforzo tramite precompressione

Verso la fase finale del getto, accadde però che le frecce delle travi, pur mantenendosi entro limiti di sicurezza, pervennero a valori non accettabili, dal punto di vista della funzionalità dell’opera. Questo comportamento, giunto nella fase finale del getto, ha portato a ritenere che la trave coinvolta nell’alluvione fosse stata danneggiata (i monitoraggi continui hanno registrato che la stessa ha iniziato ad inflettersi prima delle altre); solo un adeguato dimensionamento dei traversi ha consentito un’efficace ripartizione dei carichi sulle altre due travi, che comunque a loro volta si sono dovute sobbarcare azioni non previste, con un conseguente incremento delle frecce in mezzeria. 

Si è deciso, a questo punto, di effettuare uno studio ingegneristico basato sull’ipotesi (alquanto cautelativa), che le tre piattabande inferiori delle travi avessero raggiunto uno stato tensionale tale da non garantire sufficienti garanzie di sicurezza.

Le fasi e le modalità del recupero

Il progetto di ripristino dell’impalcato è stato essenzialmente concentrato sulle travi in acciaio, ovvero sulla necessità di elevarne la capacità prestazionale fino consentirne il regolare esercizio della struttura. Per fare ciò, gli studi effettuati hanno portato ad agire su due aspetti progettuali:

  • rinforzo delle travi costituito da irrigidimenti dei pannelli d’anima e aumento dello spessore della piattabanda;
  • precompressione delle travi mediante tre coppie di cavi del tipo 19 trefoli, posti a una distanza dall’intradosso variabile da 25 cm all’ancoraggio a 70 cm in mezzeria della trave.

Per studiare lo stato tensionale della trave durante le varie fasi dell’intervento sono stati sviluppati due modelli di calcolo col software agli elementi finiti SOFiSTiKFEA della tedesca SOFiSTiK AG. Con il primo modello si sono valutati gli effetti globali longitudinali nelle diverse fasi mentre con il secondo modello sono state essenzialmente studiate le azioni locali prodotte dalla precompressione e dimensionati tutti i dettagli necessari.

Il sistema di precompressione

L’adozione della precompressione come sistema di rinforzo dell’acciaio è una moderna concezione ormai diffusa in tutti gli interventi simili. Nella progettazione del sistema di precompressione come quello in esame, è stata prestata la maggiore attenzione alle seguenti problematiche tipiche:

  • necessità di realizzare una zona di ancoraggio dei cavi molto robusta;
  • irrigidimento generalizzato dei pannelli d’anima.
Gli effetti locali

Come detto in precedenza, è stato sviluppato un secondo modello di calcolo rappresentativo di un’intera trave rinforzata con l’applicazione della sola precompressione.

Il modello riproduce, con elementi bidimensionali tipo Shell, tutte le piastre che compongono sia la sezione propriamente detta che tutte quelle parti delicate in cui sono previste forti concentrazioni di tensione.