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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 modello di viscosità non classica

Il comportamento anomalo manifestato nel corso dei decenni dal viadotto Colle Isarco risulterebbe inspiegabile se si perseguissero i classici modelli di viscosità proposti dalle Normative europee. Per simulare al meglio gli abbassamenti registrati nelle sezioni scatolari delle travate principali e riconducibili principalmente ai fenomeni differiti del calcestruzzo, si è fatto riferimento al modello di viscosità B3 proposto da Znedek P. Bazant (1989) e basato sulla teoria della solidificazione. Attraverso la funzione di solidificazione v(t), questa teoria descrive l’evoluzione temporale delle proprietà termo-meccaniche della frazione volumetrica di pasta cementizia indurita all’interno della miscela di calcestruzzo. Il metodo fornisce valori più pessimistici rispetto ai classici modelli di viscosità ma più coerenti con i dati sperimentali a disposizione. L’utilizzo del modello B3 per descrivere il trend deformativo manifestato dal viadotto è giustificato dal confronto tra il cedimento massimo di 22,6 cm registrato nel 1988, prima dell’intervento di alleggerimento della trave tampone, e i 21,5 cm ricavati dalle simulazioni numeriche MATLAB. Il modello semplificato ha permesso di descrivere con ottima approssimazione anche l’intervento di rinforzo strutturale introdotto a partire dal 2014. Il recupero elastico atteso in corrispondenza delle selle Gerber a 59 m ha trovato riscontro anche in fase esecutiva una volta ultimati i lavori.

Il modello B3 è stato implementato in linguaggio Fortran all’interno della libreria USERCREEP.f di ANSYS in forma incrementale nel dominio del tempo. I parametri deterministici del modello, calcolati mediante stima Bayesiana, sono fornti in input per ciascuno dei 45 conci costituenti la travata “Niagara”. La durata dei lavori (5/1969 – 4/1970) ha portato alla necessità di definire per ogni concio una differente legge di viscosità che tenesse conto dell’effettivo tempo di maturazione dei getti di calcestruzzo. L’eccessivo onore computazionale dovuto al calcolo della funzione di viscosità per intervalli temporali particolarmente ridotti (Dt = 1,0E-4 t’ [giorni]) e gli oltre 260.000 gradi di libertà del modello globale hanno reso necessaria una validazione del metodo basata su casi test semplificati. In particolare, si è riprodotta la stessa sequenza costruttiva utilizzata nel viadotto Colle Isarco su una struttura isostatica a mensola costituita da due soli elementi beam in cui l’evoluzione della viscosità inizia ad istanti temporali differenti a causa degli effettivi tempi di maturazione dei getti. In questo modo, trascurando qualsiasi altra forma di non linearità, è possibile verificare la correttezza del modello di creep implementato.

La necessità del nuovo intervento

Nelle stagioni invernali le condizioni metereologiche tipiche della zona in cui è ubicato il viadotto Colle Isarco costringono a fare ampio uso di sali disgelanti. È noto che i cloruri costituiscono uno dei più pericolosi motivi di danneggiamento delle armature presenti nel conglomerato. In quattro decenni di esercizio tali anomalie si sono potute riscontrare sulla soletta del viadotto nel corso dell’esecuzione di numerosi interventi di riparazione locale.

L’intervento di rinforzo strutturale

In virtù delle problematiche evidenziate, è stato progettato un intervento di consolidamento e rinforzo strutturale del viadotto costituito da una precompressione esterna delle campate a cassone di maggior luce, dal risanamento dell’estradosso del ponte (soletta, cordoli, impermeabilizzazione, ecc.), dalla sostituzione dei giunti di dilatazione e dall’intervento di risanamento delle superfici inferiori del viadotto. L’intervento di rinforzo delle travate tipo “Niagara” è stato eseguito disponendo all’interno dei cassoni cavi integrativi di precompressione longitudinale e traversi metallici con funzione di irrigidimento torsionale.

Nelle selle Gerber sono previste le testate di tiro mentre in prossimità dei nuovi diaframmi sono alloggiate le testate intermedie e quelle di scambio. In particolare la precompressione esterna è impostata all’intradosso della soletta superiore in modo da massimizzare il braccio della pretensione. Si utilizzano cavi ritarabili e sostituibili, composti da trefoli inguainati e ingrassati tipo dyform con testate certificate tipo TTM. I cavi integrativi, 12 per ogni cassone, sono formati da 15 e 19 trefoli di sezione 165 mm2 e tensione ultima a rottura di 1820 N/mm2. La pretensione è calcolata per un tiro dei cavi di 220 kN/trefolo, equivalente a un’azione assiale e un momento flettente di 43.318 kN e 225.905 kNm al netto delle perdite per attrito, rilassamento e variazione termica (4,95%).

La scelta di disporre i nuovi cavi di precompressione all’interno dei cassoni deriva da una serie di vantaggi e benefici. Tra questi, la miglior protezione del sistema dagli agenti chimici e atmosferici e la possibilità di ispezionare e sostituire agevolmente i cavi mantendo il viadotto in esercizio, con notevoli risparmi economici. I lavori sono iniziati nel 2014 sulla carreggiata in via Sud (lato Brennero e Vipiteno) e si sono conclusi nel 2015 con la carreggiata in Via Nord. La precompressione è stata applicata per fasi, prima e dopo l’applicazione della nuova pavimentazione. L’intervento di rinforzo ha permesso di incrementare il coefficiente di sicurezza allo Stato Limite Ultimo passando da 1,19 a 1,30, grazie a un momento resistente della sezione di 1.642.690 kNm. Il recupero di deformazione misurato alla sella Gerber dello sbalzo maggiore è stato di 70,3 mm, in linea con quanto stimato in fase di calcolo con un momento di progetto di 1.263.608 kNm. L’intervento di rinforzo termina con lavori di completamento all’estradosso dell’impalcato. Sono previsti il ripristino integrale del calcestruzzo corticale della soletta superiore; la demolizione, il rifacimento e l’impermeabilizzazione dei cordoli e infine la sostituzione dei giunti di dilatazione e di tenuta all’acqua.