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Rinforzo strutturale dell’impalcato del viadotto Colle Isarco

Incremento del coefficiente di sicurezza mediante il consolidamento strutturale delle travate a cassone tipo "Niagara" per mezzo di cavi integrativi di precompressione

Rinforzo strutturale dell’impalcato del viadotto Colle Isarco

In prossimità del confine di Stato, il tracciato dell’Autostrada del Brennero (A22) attraversa un’ampia vallata per tramite di un viadotto in calcestruzzo armato precompresso, dotato, in corrispondenza dell’incisione più profonda, di una campata della luce di 163 m, alta 100 m sul fondo valle, raccordata alla restante parte del viadotto con due luci di 91 m.

Immagini

  • Un’immagine storica della fase costruttiva
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    Un’immagine storica della fase costruttiva
  • La disposizione schematica della strumentazione costituita da sensori a fibra ottica 
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    La disposizione schematica della strumentazione costituita da sensori a fibra ottica 
  • L’analisi del comportamento flessionale delle travate “Niagara”
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    L’analisi del comportamento flessionale delle travate “Niagara”
  • Le barre di precompressione sono connotate da corrosione generalizzata e dalla presenza di profondi alveoli (spesso presenti, ove si verifichi un’intensa azione progressiva dei cloruri) e di fratture
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    Le barre di precompressione sono connotate da corrosione generalizzata e dalla presenza di profondi alveoli (spesso presenti, ove si verifichi un’intensa azione progressiva dei cloruri) e di fratture
  • La situazione attuale: il rapporto tra momento flettente resistente allo SLU e momento di calcolo (D.M. 2008) in funzione di differenti percentuali di armatura di precompressione superiore residua
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    La situazione attuale: il rapporto tra momento flettente resistente allo SLU e momento di calcolo (D.M. 2008) in funzione di differenti percentuali di armatura di precompressione superiore residua
  • Le sezioni trasversali del sistema di precompressione esterna
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    Le sezioni trasversali del sistema di precompressione esterna
  • Le sezioni trasversali del sistema di precompressione esterna
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    Le sezioni trasversali del sistema di precompressione esterna
  • L’andamento longitudinale del sistema di precompressione esterna
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    L’andamento longitudinale del sistema di precompressione esterna
  • Il monitoraggio continuo con stazioni totali: la planimetria
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    Il monitoraggio continuo con stazioni totali: la planimetria
  • Il monitoraggio continuo con stazioni totali: la sezione trasversale
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    Il monitoraggio continuo con stazioni totali: la sezione trasversale
  • Una vista della posizione della stazione per le pile 8 e 7
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    Una vista della posizione della stazione per le pile 8 e 7
  • Una vista della mensola dal punto di stazione
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    Una vista della mensola dal punto di stazione
  • Una vista della pila 7 dal punto di stazione
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    Una vista della pila 7 dal punto di stazione
  • I modelli tridimensionali agli elementi finiti implementati per lo studio delle deformazioni delle travate “Niagara” dovute al fenomeno del flouage
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    I modelli tridimensionali agli elementi finiti implementati per lo studio delle deformazioni delle travate “Niagara” dovute al fenomeno del flouage
  • Il confronto tra i carichi previsti dalla Circolare 1962 e dal D.M. 2008
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    Il confronto tra i carichi previsti dalla Circolare 1962 e dal D.M. 2008

Delle opere d’arte presenti sul tratto alpino, il viadotto Colle Isarco è certamente la più rilevante. Non solo: tra le costruzioni in calcestruzzo armato precompresso, l’opera in oggetto è certo un’eccellenza tecnica di livello internazionale. 

Progettato tra gli anni 1968 e 1969, il manufatto è di fondamentale importanza per la percorribilità del Corridoio 1, direttrice Nord-Sud che mette in comunicazione l’Europa intera con i Paesi del Nord Africa e del vicino Medio Oriente. Lungo tale direttrice si snoda infatti, in posizione centrale, il tracciato A22, che con i suoi 314 km contribuisce a collegare i mari del Nord al Mediterraneo.

Le caratteristiche dell’opera

Lungo i suoi 1.028 m, il viadotto Colle Isarco si articola in 13 campate aventi luce da 45,70 a 163,00 m. La quota media del piano viabile è di 1.182 m sul livello del mare, mentre l’altezza massima sul fondo valle è di 110 m. L’altezza della struttura in corrispondenza delle pile varia tra 21 e 87 m. La sovrastruttura del viadotto è formata da due impalcati, uno per ciascuna carreggiata autostradale, costruiti in calcestruzzo armato precompresso, uguali ed affiancati l’uno all’altro. La larghezza complessiva del viadotto è di 22,10 m. La singola carreggiata è larga 10,30 m. La struttura del viadotto ha la particolarità di essere stata realizzata mediante un avanzamento a sbalzo dei conci con maturazione in opera.

Il sistema costruttivo scelto, particolarmente ardito, se da un lato ha consentito di raggiungere le rilevanti luci dell’opera, dall’altro ha avuto come conseguenza il manifestarsi continuo di deformazioni lente di tipo viscoso, sempre mantenute sotto monitoraggio continuo mediante livellazioni.

Gli interventi di risanamento eseguiti in passato

Già a partire dagli anni Ottanta, e nel corso degli anni Novanta, il viadotto è stato oggetto di numerosi interventi di manutenzione volti a ripristinarne le caratteristiche statico-funzionali originarie, quali il rifacimento dei giunti di dilatazione, demolizioni e ripristini di porzioni di calcestruzzo armato precompresso, consolidamenti dell’estradosso mediante impregnazione con polimeri, ripristino dei cordoli e sostituzione dei sicurvia, sollevamento delle testate e sostituzione degli appoggi, e così via.

Un ultimo intervento risale all’autunno 2007, in occasione del quale l’opera è stata oggetto di vasti lavori di demolizione e di ricostruzione del calcestruzzo corticale superiore della soletta in carreggiata Sud, per una lunghezza di circa 50 m, in corrispondenza di ciascuna delle due pile maggiori.

Il monitoraggio dell’opera

Nel biennio 2007/2008, il viadotto Colle Isarco è stato anche oggetto di un monitoraggio dinamico permanente seguito da analisi spettrali della struttura, analisi vibrazionali e di smorzamento, nonché da simulazioni numeriche agli elementi finiti, che hanno consentito di valutare le condizioni di vincolo e della capacità portante reale della struttura; è stata inoltre condotta una mappatura del potenziale di corrosione delle armature metalliche della soletta ed un monitoraggio strutturale.

Il monitoraggio dinamico

Il monitoraggio ha evidenziato delle buone condizioni strutturali, ma un’elevata sensibilità alle vibrazioni dell’opera a causa dello schema statico con particolare attenzione alle zone delle travi appoggiate, specialmente in carreggiata Sud (elevata variazione delle frequenze nelle trend cards e un incremento dei valori nella zona di transizione dalle mensole alle travi appoggiate).

La mappatura del potenziale di corrosione delle armature metalliche della soletta

Nell’autunno del 2008 è stata eseguita la mappatura del potenziale di corrosione delle armature metalliche sull’intera superficie della soletta degli impalcati che coprono le tre campate di maggior luce.

In particolare, mediante metodi elettrochimici che misurano la differenza di potenziale tra le armature e un elettrodo di riferimento, è stato valutato lo stato di corrosione delle armature nel calcestruzzo (la corrosione è in atto in corrispondenza dei punti in cui la misura di potenziale manifesta i valori più negativi).

Tale studio ha mostrato il pericolo di corrosione per circa il 20% delle barre di precompressione longitudinale nelle tre campate di maggior luce.

L’intervento di mappatura è stato inoltre accompagnato da una campagna d’indagine, condotta da Ricercatori dell’Università di Stoccarda, volta a sottoporre a verifica sperimentale una procedura d’individuazione della presenza di barre di precompressione tranciate all’interno del calcestruzzo.

Il monitoraggio strutturale

Le strutture del viadotto sono state altresì oggetto di un approfondito monitoraggio strutturale.

La necessità del nuovo intervento

Nelle stagioni invernali le condizioni meteorologiche tipiche della zona in cui è ubicato il viadotto Colle Isarco costringono a fare ampio uso di sali disgelanti. Questi, sciogliendosi, liberano ioni di cloro che, in presenza di lesioni dello strato impermeabilizzante o di altre singolarità, possono progressivamente diffondersi nel calcestruzzo, fino a raggiungere le armature metalliche. È noto che i cloruri costituiscono uno dei più pericolosi motivi di danneggiamento delle armature presenti nel conglomerato, distruggendone prima il sottile film di ossidi che le protegge e consentendone poi la corrosione, cui seguono la frattura e il distacco di lamine di calcestruzzo, per l’azione espansiva della ruggine.

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. Le analisi chimiche condotte sui campioni di conglomerato asportati nelle zone interessate dai danneggiamenti hanno quasi sempre evidenziato la presenza di un elevato tenore di cloruri. Per quanto poche siano state le barre riscontrate interrotte nella propria continuità, anche se altre sono risultate caratterizzate da incipiente corrosione superficiale, i numerosi interventi di consolidamento corticale eseguiti sulla superficie superiore della soletta hanno necessariamente comportato l’asportazione del calcestruzzo degradato presente nell’intorno delle barre stesse. Simili interventi presentano un significativo effetto strutturale.

I lavori previsti in progetto

In virtù delle problematiche evidenziate, è stato pianificato e progettato un intervento di consolidamento e rinforzo strutturale del viadotto costituito dalla realizzazione di 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.

Il consolidamento strutturale degli impalcati a cassone

L’intervento di rinforzo degli impalcati a cassone delle travate Gerber tipo “Niagara” sarà eseguito mediante la posa di cavi integrativi esterni di precompressione longitudinale. In particolare, la precompressione esterna è impostata all’intradosso della soletta superiore in modo da massimizzare il braccio della pretensione e viene estesa all’intera struttura principale così da coprire efficacemente tutta la travata e non solo la parte a cavallo della pila principale.