SUREBridge, ecco i ponti con il consolidamento sostenibile | Ingegneri.info

SUREBridge, ecco i ponti con il consolidamento sostenibile

Una ricerca europea dall'anima toscana punta sull'uso dei fibrorinforzati per la messa in sicurezza dei ponti in cemento armato

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Il progetto di ricerca europeo SUREBridge – Sustainable Refurbishment of Existing Bridges – sta mettendo a punto una soluzione innovativa per il rinforzo strutturale dei ponti stradali esistenti. Il progetto è cofinanziato dall’Unione Europea nell’ambito del 7° Programma Quadro attraverso ERA-NET Infravation 2014 Call. Infravation coordina diversi Enti preposti alla gestione delle infrastrutture nei rispettivi Paesi europei, tra cui l’italiana ANAS, oltre all’israeliana Netivei Israel e la statunitense Federal Highway Administration.

Il sistema di rinforzo proposto da SUREBridge intende sfruttare le residue capacità portanti della soletta d’impalcato esistente, incrementandole attraverso l’utilizzo di pannelli sandwich e laminati pretesi di materiale composito. I pannelli sandwich rinforzati con fibra di vetro (GFRP) vengono collegati alla soletta esistente mediante incollaggio e/o ancoraggi meccanici, con la possibilità di poter anche allargare la sezione stradale, senza aumentare in maniera eccessiva il peso proprio strutturale. I laminati pretesi di fibra di carbonio (CFRP) vengono applicati all’intradosso delle travi longitudinali, laddove la richiesta di resistenza sia tale da non poter essere conseguita con i soli pannelli sandwich. Le analisi numeriche condotte fino ad oggi dimostrano che l’utilizzo congiunto sui ponti e sui viadotti di queste due tecniche, consente di avere considerevoli incrementi di resistenza, contenendo nel contempo le dimensioni dell’intervento stesso.

In Tabella 1 sono riportati i dati principali del progetto di ricerca SUREBridge.

 

Progetto: SUREBridge – Sustainable Refurbishment of Existing Bridges  
Caso studio Italia Ponte sul fiume Elsa in località San Miniato (PI)
Durata: Da ottobre 2015 a marzo 2018
Soluzione proposta: Rinforzo strutturale dei ponti stradali esistenti in calcestruzzo armato o in struttura mista acciaio – calcestruzzo
Metodo: Materiali compositi FRP “Fibre Reinforced polymers
Vantaggi: 1. Minimizza le demolizioni e i nuovi getti di calcestruzzo (la soletta esistente è mantenuta, non demolita; vi vengono applicati pannelli sandwich rinforzati con fibre di vetro);

2. Limita i tempi di cantiere;

3. Ripristina la capacità portante dell’impalcato del ponte;

4. Possibilità di allargamento della sede stradale.

Coordinatore: Prof. Reza Haghani della Chalmers University of Technology (CTH) di Göteborg, Svezia. CTH ha messo a punto una particolare tecnica di presollecitazione per step successivi di laminati di fibra di carbonio (CFRP), grazie alla quale è possibile mitigare il temibile problema del distacco dei laminati dal supporto di calcestruzzo.
Partecipanti: Fanno parte del consorzio:

1. FiberCore Europe azienda olandese di Rotterdam, Paesi Bassi, specializzata nella realizzazione di strutture civili di materiale composito fibrorinforzato. Vanta la produzione di InfraCore Inside ®, un pannello sandwich avente le pelli esterne (skin) di GFRP (Glass Fibre-Reinforced Polymer) e anima (core) di schiuma poliuretanica. La tecnologia usata per la produzione di tali pannelli, basata sull’infusione sotto vuoto, sfrutta una opportuna distribuzione spaziale degli strati di fibre per rendere i pannelli stessi particolarmente resistenti nei confronti della delaminazione interna;

3. A.I.C.E. Consulting S.r.l. di Ghezzano (Pisa), società d’Ingegneria operante dal 1990 in Italia e all’estero nel settore della progettazione, direzione lavori, diagnostica e monitoraggio delle costruzioni civili ed industriali;

4. Università di Pisa, impegnata nel progetto SUREBridge attraverso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale.

Il caso studio italianoPonte sul fiume Elsa in località San Miniato (PI) sulla strada provinciale n. 40

Ponte sul fiume Elsa in località San Miniato (PI)

Ponte sul fiume Elsa in località San Miniato (PI)

Stato di consistenza

Stato di consistenza

Geometria:
  • LUCE COMPLESSIVA: 60 m
  • N. CAMPATE: 4
  • LUCE CAMPATA: 15 m
  • LARGHEZZA UTILE: 3 m
Impalcato:
  • ­   4 travi prefabbricate precompresse a fili aderenti, poste ad interasse di 1 m;
  • ­   Soletta in calcestruzzo armato gettata in opera di spessore 16 cm.
Anno di costruzione:      1968
Qualificazione tecnologica
Elemento Proprietà Valore Fonte
Travi Peso per unità di volume 25 kN/m3 Letteratura
Modulo elastico 36000 MPa Test ultrasonico
Coefficiente di Poisson 0.1 Letteratura
Pile Peso per unità di volume 25 kN/m3 Letteratura
Modulo elastico 29500 MPa Test ultrasonico
Coefficiente di Poisson 0.1 Letteratura
Soletta Peso per unità di volume 25 kN/m3 Letteratura
Modulo elastico 31200 MPa Test ultrasonico
Coefficiente di Poisson 0.1 Letteratura
Stato di consistenza: Dall’ispezione visiva dell’opera sono emerse le principali problematiche che affliggono la struttura:

­   Corrosione di alcune trecce da precompressione in una delle travi;

­   Diffuso degrado della superficie dei calcestruzzi;

­   Perdita diffusa del copriferro e corrosione delle barre di armatura degli elementi in calcestruzzo armato.

Stato di progetto: Il progetto prevede l’allargamento della sezione stradale mediante pannelli di GFRP solidarizzati alla soletta di calcestruzzo; questi sono stati orientati trasversalmente rispetto all’asse longitudinale del ponte, per adeguare la resistenza a flessione e taglio. All’intradosso delle travi longitudinali sono applicati laminati di CFRP per incrementare la resistenza a flessione, mentre sugli appoggi è previsto un rinforzo a taglio mediante nastri di CFRP non pretesi disposti a U attorno alla sezione, resa precedentemente a sezione rettangolare.

“In generale, i materiali compositi fibro-rinforzati hanno il grande vantaggio della leggerezza combinata ad elevate proprietà meccaniche. I pannelli di GFRP vengono fabbricati dall’azienda produttrice e trasportati direttamente in sito, pronti per essere installati sulla soletta esistente. In questo modo, i tempi di cantiere vengono drasticamente ridotti rispetto a un intervento di rinforzo di tipo tradizionale. Infatti, con la tecnica sviluppata dal progetto SUREBridge, le uniche demolizioni previste sono quelle della pavimentazione esistente; i tempi necessari per l’installazione del sistema di rinforzo si riducono invece alla preparazione della soletta esistente, all’applicazione dei pannelli di GFRP e dei sistemi di sicurezza stradale. I laminati di CFRP, confrontati con i più tradizionali placcaggi in acciaio, hanno una buona resistenza a fatica, un’ottima resistenza alla corrosione e ottime proprietà meccaniche soprattutto se rapportate al basso peso specifico. In più, grazie al particolare sistema di pretensione sviluppato presso la Chalmers University of Technology, è possibile raggiungere un potere irrobustente maggiore rispetto ai laminati con applicazione passiva, limitando inoltre pericolosi picchi tensionali alle estremità, responsabili della crisi per delaminazione. Il vantaggio di utilizzare il sistema combinato CFRP-GFRP, oltre a quelli ottenuti considerando gli elementi singolarmente, è quello di riuscire a contenere l’altezza dei pannelli di GFRP e il numero dei laminati di CFRP, ottenendo comunque degli eccellenti valori in termini di capacità portante”.

Consistenza

VS

progetto:

Sezione Msd (kNm)

Struttura allargata

Mrd (kNm)

Struttura esistente + GFRP +CFRP +GFRP +CFRP
Trave interna 1228 991 1236 (2) 1251 (4) 1487 (1) (4)
Trave di bordo 1382 962 1409.5 (3) 1427.5 (6) 1463 (1) (4)
Trave di bordo danneggiata 1382 721 1406 (7) 1535.5 (1) (5)
Norma:
  • NTC2008
  • CNR DT 200 R1/2013 per la valutazione della modalità di crisi per distacco intermedio dal supporto
Durabilità intervento Essendo una tecnica di rinforzo del tutto nuova, la durabilità dell’intero sistema GFRP+CFRP è ancora in fase di studio. Stime preliminari si attestano attorno ai 25-30 anni, un tempo molto elevato se si pensa al fatto che questa tecnica è pensata per essere applicata a ponti esistenti. Dati più certi potranno essere ricavati dalla realizzazione di un progetto pilota.
Manutenzione dell’opera È prevista una manutenzione di tipo tradizionale per gli elementi strutturali esistenti in calcestruzzo armato. Per quanto riguarda i pannelli di GFRP, particolare cura dovrà essere prestata alla pavimentazione e alla impermeabilizzazione dei giunti, mentre per i laminati di CFRP non è prevista alcuna particolare manutenzione.
Idoneità professionale richiesta all’impresa esecutrice FiberCore Europe ha un’esperienza ventennale nella realizzazione di ponti pedonali e ciclabili interamente in pannelli di fibra di vetro. Inoltre, gli stessi pannelli sono stati messi in opera anche su ponti stradali in combinazione con una struttura principale di tipo tradizionale.

AICE Consulting ha un’esperienza trentennale nella progettazione e nel recupero di ponti stradali e autostradali in tutta Italia.

La tecnica di pretensione dei laminati di fibra di carbonio è coperta da brevetto e già messa in opera per alcune strutture in Svezia.

Soggetti intervistati

 Valvo Paolo Sebastiano Valvo è professore associato di Scienza delle Costruzioni presso l’Università di Pisa. I suoi interessi di ricerca ricadono nell’ambito della Meccanica dei Materiali, dei Solidi e delle Strutture, con particolare attenzione ai problemi che coinvolgono la Meccanica della Frattura, i Materiali compositi ed avanzati, la Stabilità dell’Equilibrio, la Dinamica delle Strutture e la Meccanica Computazionale. È responsabile scientifico dell’unità di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa del progetto SUREBridge.
Davini Erika Davini è ingegnere civile strutturista abilitato dal febbraio 2017. Si è laureata nell’ottobre 2016 presso l’Università di Pisa con la tesi “Un caso studio del progetto europeo SUREBridge: il ponte sul fiume Elsa in località Isola di San Miniato”. Dal marzo 2017 è titolare di una borsa di studio presso l’Università di Pisa e collaboratrice del progetto SUREBridge. È stata coautrice di report tecnici e di articoli scientifici presentati a conferenze nazionali e internazionali.

 

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