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Un metodo grafico per la valutazione della precompressione residua

L'applicazione grafica del metodo del momento di fessurazione

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In un articolo proposto su “Strade & Autostrade” n° 138 Novembre/Dicembre 2019 a pag. 45 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/verifiche-monitoraggio-e-manutenzione-dei-viadotti-autostradali/, abbiamo trattato gli esiti delle visite ispettive straordinarie per la sicurezza dei viadotti e l’analisi dello stato manutentivo.

Sul successivo n° 139 Gennaio/Febbraio 2020, rispettivamente a pag. 84 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/le-verifiche-di-sicurezza-slu-e-di-funzionalita-sle/ e a pag. 86 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/la-verifica-temporanea-delle-strutture-esistenti/, abbiamo approfondito i criteri per effettuare verifiche temporanee di sicurezza delle strutture illustrando l’importanza della scelta delle eventuali misure di mitigazione del danno da applicare, in termini di limitazioni, all’uso dell’opera ovvero di restrizioni al traffico, in relazione alle conseguenze che queste producono sulla circolazione stradale.

Si vedano infine, in conclusione, gli articoli proposti sul fascicolo n° 140 Marzo/Aprile 2020 rispettivamente a pag. 40 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/la-verifica-delle-strutture-esistenti-gli-aspetti-principali/ e a pag. 44 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/il-monitoraggio-attivo-come-valore-aggiunto-nella-sorveglianza-dei-ponti-e-delle-opere-darte/ nei quali abbiamo trattato l’importanza della fase conoscitiva, e quindi, delle ispezioni delle strutture esistenti e dei controlli nel tempo che sulle stesse vanno effettuate e dei sistemi di monitoraggio basati su un approccio innovativo, denominato “Monitoraggio Attivo”.

  • viadotto
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    La preparazione della posa dell’impalcato di un viadotto sulla Superstrada S5 Poznań-Breslavia, in Polonia (photo credit: Toto SpA)
  • decompressione
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    Un esempio di applicazione: l’apertura delle fessure è osservata in corrispondenza della decompressione tra gli step di carico 4 e 5. Le due rette rosse tratteggiate identificano l’intervallo che approssima la precompressione residua. In questo caso, il valore medio delle misure in situ, eseguite tramite prove di rilascio, cade all’interno dell’intervallo identificato

Il livello di precompressione residua è un parametro molto importante per la valutazione del comportamento dei viadotti esistenti in c.a.p. nei confronti degli stati limite di esercizio e il problema della sua misurazione in situ è da lungo tempo oggetto di studi e ricerche.

Sebbene siano state proposte diverse tecniche, nessuna sembra avere ancora raggiunto il livello di standard condiviso. Le tecniche attualmente disponibili per la misura in situ della precompressione possono essere classificate in semi-distruttive e non-distruttive.

Nel primo gruppo ricadono le prove di detensionamento delle armature, quelle di rilascio tensionale su carote di calcestruzzo, i metodi del momento di decompressione o fessurazione, nonché l’applicazione di forze trasversali sui cavi esposti.

Nel secondo gruppo ricadono metodi più innovativi basati su diversi principi fisici come, ad esempio, la riflettometria, le emissioni acustiche, le misure elasto-magnetiche.

Oltre alle misure in senso classico è prevedibile e auspicabile che, in futuro, si possano sviluppare tecnologie sufficientemente affidabili da consentire l’impiego di armature intelligenti dotate di sistemi di misura integrati da installare in fase di costruzione, in grado di fornire un monitoraggio in continuo dell’evoluzione temporale della tensione di precompressione.

Nel processo di valutazione delle prestazioni strutturali di viadotti esistenti in c.a.p. può essere utile ricorrere all’esecuzione di prove di carico per valutare sperimentalmente il comportamento flessionale dell’opera.

Il massimo carico applicabile in prove di questo tipo deve essere attentamente valutato e devono essere preventivamente determinati criteri di stop che scongiurino il raggiungimento di stati limite irreversibili, tenendo conto dell’eventuale degrado delle proprietà dei materiali.

Ciononostante, proprio per effetto di perdite di precompressione maggiori di quelle previste in fase di progetto, può accadere che durante le prove di carico si possa osservare l’apertura di fessure per livelli di sollecitazione inferiori a quelli massimi previsti per la prova.

In questi casi, può essere utile applicare in forma grafica il metodo del momento di fessurazione per stimare il valore della precompressione residua. Facendo riferimento, per semplicità, a un viadotto a travate appoggiate, la tensione all’intradosso nella sezione di mezzeria a inizio prova può essere scritta nella forma

dove:

𝜎𝑐,𝑖𝑛𝑓,𝐺 = contributo dei carichi permanenti;

𝜎𝑐,𝑖𝑛𝑓,𝑃 = contributo della precompressione.

Analizzando accuratamente il tracciato dei cavi e la sequenza delle fasi costruttive, può essere possibile esprimere o stimare il secondo contributo in funzione di un valore efficace 𝜎𝑝,𝑟𝑒𝑠 della precompressione residua. Applicando un momento flettente MQ, la tensione di intradosso può essere espressa nella forma

definita a meno del suddetto valore della precompressione residua.

Se la relazione f che lega 𝜎𝑐,𝑖𝑛𝑓,𝑃 alla 𝜎𝑝,𝑟𝑒𝑠 è lineare, per ogni valore del momento flettente applicato i valori della tensione di intradosso individuano una retta nel piano (𝜎𝑝,𝑟𝑒𝑠, 𝜎𝑐,𝑖𝑛𝑓).

La condizione di inizio prova è rappresentata quindi graficamente da una retta che indica tutti i possibili valori della 𝜎𝑐,𝑖𝑛𝑓 in funzione del valore della precompressione residua, a priori incognita.

Ad ogni step di carico corrisponde una diversa retta, parallela alle precedenti, che rappresenta i possibili valori della 𝜎𝑐,𝑖𝑛𝑓 associati al corrispondente livello di carico. Assumendo che, durante la prova, l’apertura delle fessure sia osservata tra lo step a e lo step b, l’intersezione tra le corrispondenti rette ra, rb con la retta orizzontale 𝜎𝑐,𝑖𝑛𝑓 = f𝑐,t, che rappresenta la condizione di fessurazione, determina un intervallo (𝜎𝑝,𝑟𝑒𝑠,a, 𝜎𝑝,𝑟𝑒𝑠,b) all’interno del quale si deve trovare il valore della precompressione residua.

Se il viadotto è stato fessurato precedentemente alla prova, l’apertura delle fessure avviene in corrispondenza della decompressione e non è necessario stimare la resistenza a trazione del calcestruzzo.

Quando possibile, si rivela utile confrontare l’intervallo individuato con eventuali riscontri sperimentali ottenuti da misure in situ. La rappresentazione grafica descritta, pur non aggiungendo alcuna informazione rispetto all’applicazione classica, può essere utile per apprezzare la sensibilità del problema alle diverse fonti di incertezza.

Si veda, in conclusione, l’articolo a pag. 40, con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/la-verifica-delle-strutture-esistenti-gli-aspetti-principali/, proposto sul fascicolo n° 140 Marzo/Aprile 2020.

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