Infrastrutture, Ponti e Viadotti

Infrastrutture in muratura: il progetto di miglioramento sismico di un ponte – Sistema CRM e FRP

Tecniche differenti per problematiche complesse

Autore: Eng. Alessio Pierdicca (CapStudio Srl) in collaboration with Fibre Net.

L’articolo illustra un intervento di rinforzo strutturale con materiali compositi fibrorinforzati effettuato su un ponte in muratura soggetto a vicolo, ammalorato e strutturalmente non adeguato alla normativa vigente. La scelta del progettista è stata orientata ad adottare soluzioni di intervento innovative proposte da Fibre Net e basate su materiali compositi – CRM e FRP – che spaziano dalla tecnica dell’intonaco armato con rete in fibra di vetro, all’impiego di barre pultruse fino alla ristilatura armata dei giunti con trefoli in acciaio.

Le patologie strutturali e materiche rilevate sul ponte in provincia di Ancona hanno richiesto la definizione di un adeguato consolidamento in grado di arrestare il degrado in corso e garantire lo stato di efficienza della struttura in sicurezza con adeguamento alla normativa vigente.
La diagnostica eseguita e la modellazione ad elementi finiti hanno consentito di calibrare le soluzioni più opportune per le pile e per le volte del ponte integrando tecniche di rinforzo differenziate e puntuali.
La procedura con cui è stato affrontato il progetto consiste quindi in 3 fasi distinte e complementari: la conoscenza del manufatto, la modellazione numerica a elementi finiti e la valutazione e mitigazione del rischio sismico attraverso interventi di riabilitazione strutturale.
Accanto alle più comuni indagini diagnostiche per la caratterizzazione dei materiali di costruzione, il monitoraggio dinamico dei ponti riveste ormai un ruolo determinante nell’ambito della conoscenza strutturale in quanto permette di determinare i parametri strutturali (frequenze proprie di vibrazione, smorzamento e forme modali) per via sperimentale e di correlarli con le analisi a elementi finiti (Finite Element Method F.E.M.).
Sulla scorta di un modello F.E.M. calibrato sono state condotte le analisi strutturali e progettati gli interventi di consolidamento, con l’obiettivo di preservare le caratteristiche costruttive dell’opera. Essendo il manufatto di interesse storico sono stati progettati interventi di consolidamento che mirassero alla conservazione delle murature faccia vista e delle volte in muratura senza alterarne l’architettura.

CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DEL PONTE

Il ponte ha una luce complessiva di 34 m (distanza tra le due spalle), le volte sono a tutto sesto per un raggio pari a 3,50 m, le pile hanno un’altezza massima dall’imposta della volta pari a 10 m dal livello del terreno di fondazione.
PILE: costituite da muratura in mattoni pieni per la porzione perimetrale esterna (a 3 teste) ed un nucleo centrale in pietrame disordinato.
VOLTE: costituite da un arco in muratura a 3 teste con soprastante riempimento in materiale sciolto e non coerente che svolge la funzione di rinfianco.

 

Nella fase di conoscenza il rilievo fotogrammetrico eseguito con laser scanner ha consentito l’identificazione di dettaglio della geometria del ponte e l’individuazione dei danni della struttura in muratura.
Nelle viste assonometriche e nell’integrazione delle nuvole di punti nella planimetria dell’estradosso sono leggibili impostanti informazioni materiche e strutturali.

INDAGINI DINAMICHE
Una campagna di indagini dinamiche è stata svolta con l’obiettivo di identificare le principali frequenze proprie di vibrazione, smorzamenti e forme modali. Grazie a questi dati è stato possibile calibrare i modelli FEM per le analisi strutturali al fine di avere un modello affidabile per l’interpretazione dei risultati.

 

Le acquisizioni sono state eseguite mediante la registrazione in continuo di accelerazioni di tipo ambientale derivati dall’eccitazione naturale della struttura causata da fenomeni esterni, quali vento, microsismi e rumori derivanti dall’attività antropica (es. traffico veicolare).
Gli accelerometri sono stati fissati meccanicamente mediante tasselli metallici direttamente alle solette in c.a. posti ai lati della carreggiata, rimuovendo la porzione superiore di manto bituminoso.
I contenuti in frequenza delle time histories sono stati acquisiti applicando l’algoritmo FFT (Fast Fourier Transform). I parametri dinamici strutturali sono stati ottenuti elaborando i dati mediante l’algoritmo SSI (Stocastic Subspace Identification).
La campagna di monitoraggio dinamico ha permesso di valutare le risposte strutturali relative al ponte in muratura indagato: è stato rilevato un comportamento strutturale di tipo globale, infatti le forme modali corrispondenti mobilitano l’intera struttura e non sono presenti modi locali.

 

MODELLAZIONE NUMERICA
Il modello FEM preliminare è stato realizzato inserendo gli elementi strutturali principali e, grazie alle indagini dinamiche svolte, è stata effettuata una calibrazione dei modelli al fine di ottenere uno strumento di calcolo affidabile per le analisi strutturali.
Il modello di calcolo è basato sulla schematizzazione del ponte come insieme costituito da: volta, spalle, contrafforti, timpani, rinfianco e riempimento. La mesh è stata raffinata fino ad un elevato livello di dettaglio (39938 nodi e 39148 elementi brick) dove muratura e riempimento sono stati considerati come un continuo equivalente dove i singoli elementi costituenti (ossia mattoni, pietre e giunti di malta) non sono rappresentati singolarmente. Il comportamento dei materiali è ipotizzato di tipo elastico-lineare.
Le caratteristiche dei materiali sono state determinate, laddove eseguite, dalle prove in situ semidistruttive che hanno consentito di determinare i moduli elastici e le tensioni agenti sulle murature (martinetti piatti in configurazione singola e doppia).

 

ANALISI ANTE-OPERAM DELLE TENSIONI E DELLE DEFORMAZIONI

In fase analitica, il ponte è stato valutato in due differenti condizioni di carico: l’una statica (definita secondo normativa come presenza di due corsie di carico parallele poste longitudinalmente al ponte con un carico tandem viaggiante in corrispondenza della chiave della volta centrale) e l’altra dinamica, con presenza di azione sismica. Le analisi preliminari condotte hanno dimostrato che con le attuali azioni sismiche il ponte non è in grado di sostenere azioni statiche e sismiche previste dalle attuali normative. Si rende dunque necessaria
la definizione di un intervento di rinforzo che risponda alle problematiche individuate e consolidi le pile e le volte del ponte in linea con i parametri dettati dalle normative vigenti.

CONSOLIDAMENTO MULTI-SISTEMA DEL PONTE

Gli interventi di rinforzo strutturale riguardano sia le volte sia le pile e rispondono puntualmente alle problematiche di degrado materiale e strutturale rilevato nel corso delle indagini diagnostiche condotte sul ponte. Il progetto ha identificato nei sistemi di Fibre Net le modalità più opportune per rispondere alle specifiche esigenze di rinforzo

 

 

L’intervento di consolidamento è previsto sulle tre volte che presentano gravi lesioni con un’ampiezza che varia da 1 a 5 cm. Essendo il ponte vincolato a livello architettonico è possibile intervenire sull’intradosso delle volte in maniera conservativa, mantenendo la muratura faccia vista.

Gli interventi previsti ed attualmente in fase di realizzazione permetteranno di garantire le prestazioni strutturali richieste nel rispetto dei vincoli a cui il ponte, essendo storico è sottoposto. Consolidamento, rinforzo e conservazione in perfetta armonia per raggiungere un unico obiettivo sicurezza ed rispetto dei vincoli imposti per un bene storico tutelato.

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