Ponte sul fiume Esinante
Informazioni sul progetto
Il ponte è composto da nove travi in calcestruzzo precompresso, ciascuna con campate fino a 34 m, supportate da selle Gerber inglobate nel pilastro centrale. Ogni sella Gerber è formata da una sezione cinque per tre e presenta un pilastro in calcestruzzo ottagonale posizionato centralmente, che insieme creano una robusta regione D per il trasferimento delle forze di taglio e di appoggio. Queste selle convogliano i carichi dalle travi alla sottostruttura del pilastro, rendendole componenti indispensabili nell'intero percorso dei carichi.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Layout of the Gerber saddle}}}\]
I carichi applicati, derivati dal modello dell'impalcato, variano da 671 kN a 1039 kN, con un carico concentrato equivalente di 550 kN utilizzato nell'analisi. La sella ha uno spessore di 50 cm ed è allineata con la nervatura trasversale del pulvino. La struttura è in calcestruzzo armato ed è stata valutata mediante FEM avanzato con modellazione agli elementi finiti non lineare, unitamente al CSFM (Metodo del Campo di Tensioni Compatibile) per le regioni di discontinuità.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Section of the gerber saddle}}}\]
Sfide ingegneristiche
La sfida principale era valutare la capacità strutturale delle selle Gerber in condizioni sia integre che degradate. Questi elementi presentano distribuzioni di tensione complesse a causa delle discontinuità e dei carichi concentrati, e le normative di progettazione convenzionali offrono indicazioni limitate per tali casi. Ciò ha richiesto approcci numerici avanzati per cogliere il comportamento reale della struttura.
Un altro problema critico era la presenza di degrado indotto dalla corrosione, favorita dalla contaminazione da cloruri provenienti dai sali antigelo. La corrosione influisce sulle sezioni trasversali dell'armatura, sulla resistenza di aderenza e sull'integrità del calcestruzzo, riducendo nel tempo la resistenza e la duttilità della struttura. Prevedere il margine di sicurezza a lungo termine in scenari di deterioramento progressivo, senza dati diretti sul campo sui tassi di corrosione, ha aggiunto ulteriore complessità all'analisi.
Soluzioni e risultati
Per superare queste sfide, l'ingegnere ha adottato un approccio multifase. Nella prima fase, è stato sviluppato un modello FEM non lineare dettagliato per cogliere il comportamento della sella sotto i carichi operativi.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results of the FEM analysis}}}\]
L'analisi ha fornito una curva di capacità che indica una resistenza massima di 914 kN, con un fattore di sicurezza globale di 1,66, ben al di sopra della soglia richiesta. Il meccanismo di collasso ha coinvolto una fessurazione diffusa, lo schiacciamento del calcestruzzo e l'instabilità locale delle barre di armatura in prossimità della radice del sbalzo.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Capacity curve derived from the FEM analysis}}}\]
Nella seconda fase, è stata eseguita la modellazione degli scenari di corrosione utilizzando modelli di degrado validati dalla letteratura scientifica. Le simulazioni hanno considerato tassi di perdita di massa compresi tra il 5% e il 30%. Fino al 15% di corrosione, i fattori di sicurezza sono rimasti accettabili, con 1,28 per l'acciaio e 1,63 per il calcestruzzo. Oltre questa soglia, significative riduzioni della duttilità e della resistenza di aderenza hanno portato a rotture fragili premature, in particolare nella regione della sella.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Corosion scenario used for advanced analysis}}}\]
Al 30% di corrosione, i tassi di deformazione nell'acciaio sono aumentati drasticamente, indicando una grave vulnerabilità strutturale. Il Metodo del Campo di Tensioni Compatibile (CSFM) in IDEA StatiCa Detail è stato applicato per le regioni di discontinuità, confermando i risultati FEM e sottolineando l'importanza di considerare gli effetti di scorrimento dell'aderenza in presenza di corrosione.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results of the CSFM analysis in IDEA StatiCa Detail - ULS and SLS, crack width}}}\]
Conclusioni
Lo studio ha concluso che, sebbene il ponte presenti attualmente margini di sicurezza soddisfacenti, le sue prestazioni a lungo termine dipendono dal controllo della corrosione e dall'attuazione di interventi tempestivi. Le raccomandazioni includono monitoraggio periodico e manutenzione preventiva per limitare la progressione della corrosione al di sotto delle soglie critiche.
Italy
L'analisi ha dimostrato che la modellazione non lineare avanzata è indispensabile per la valutazione di elementi strutturali complessi come le selle Gerber, specialmente in scenari di degrado. Questo caso sottolinea la necessità di integrare i modelli di durabilità nelle valutazioni strutturali per garantire la resilienza contro gli agenti ambientali aggressivi.
Informazioni sull'ing. Francesco Oliveto
Francesco Oliveto è un esperto consulente e studio professionale per la modellazione e l'analisi numerica avanzata in ambito strutturale e geotecnico.
Lo studio fornisce servizi avanzati di analisi strutturale e geotecnica, con una solida competenza nella valutazione sismica di edifici esistenti, anche quelli interessati da danni o deterioramento. L'attività comprende l'interazione terreno-struttura, la progettazione di fondazioni profonde, le tecniche di scavo top-down e bottom-up e la risposta sismica locale, mediante modellazione numerica all'avanguardia (FEM, CSFM).