Ponte sul fiume Esinante
Il progetto
Il ponte è costituito da nove travi in cemento armato precompresso, ciascuna delle quali raggiunge una luce di 34 m, sostenute da selle Gerber incassate nella pila centrale. Ogni sella Gerber è formata da una sezione di cinque per tre e presenta un pilastro ottagonale in calcestruzzo posizionato al centro, che insieme creano una robusta regione di discontinuità per il trasferimento delle forze di taglio e di appoggio. Queste selle convogliano i carichi dalle travi alla sottostruttura del pilastro, rendendole componenti indispensabili nel percorso di carico complessivo.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Schema della sella Gerber}}}\]
I carichi applicati, derivati dal modello dell'impalcato, vanno 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 della calotta del molo. La struttura è in cemento armato ed è stata valutata utilizzando un FEM avanzato con modellazione non lineare agli elementi finiti insieme al CSFM (Continuous Stress Field Method) per le regioni di discontinuità.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Sezione della sella Gerber}}}\]
Sfide ingegneristiche
La sfida principale è stata quella di valutare la capacità strutturale delle selle Gerber sia in condizioni di integrità che di degrado. Questi elementi presentano distribuzioni di sollecitazioni complesse a causa di discontinuità e carichi concentrati, e i codici di progettazione convenzionali offrono indicazioni limitate per questi casi. Ciò ha richiesto approcci numerici avanzati per catturare il comportamento reale della struttura.
Un'altra criticità è stata la presenza del degrado indotto dalla corrosione, favorito dalla contaminazione di sali disgelanti. La corrosione influisce sulle sezioni delle armature, sulla tensione di aderenza e sull'integrità del calcestruzzo, riducendo la resistenza e la duttilità della struttura nel tempo. La previsione del 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 catturare il comportamento della sella sotto i carichi operativi.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Risultati dell'analisi FEM}}}\]
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 rottura ha coinvolto una fessurazione diffusa, la frantumazione del calcestruzzo e l'instabilità locale delle barre di armatura vicino alla radice del cantilever.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Curva di capacità derivata dall'analisi FEM}}}\]
Nella seconda fase, la modellazione dello scenario di corrosione è stata eseguita utilizzando modelli di degrado convalidati 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 l'acciaio a 1,28 e il calcestruzzo a 1,63. Oltre questa soglia, riduzioni significative della duttilità e della forza di legame hanno portato a cedimenti fragili prematuri, in particolare nella regione della sella.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Scenario di corrosione utilizzato per l'analisi avanzata}}}\]
Al 30% di corrosione, i tassi di deformazione dell'acciaio aumentano drasticamente, indicando una grave vulnerabilità strutturale. Il Continuous Stress Field Method (CSFM) di IDEA StatiCa Detail è stato applicato alle regioni di discontinuità, confermando i risultati FEM ed evidenziando l'importanza di considerare gli effetti di bond-slip in condizioni di corrosione.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Risultati dell'analisi CSFM in IDEA StatiCa Detail - SLU e SLE, larghezza della fessura}}}\]
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 il monitoraggio periodico e la 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 valutare elementi strutturali complessi come le selle Gerber, soprattutto in scenari di degrado. Questo caso sottolinea la necessità di integrare i modelli di durabilità nelle valutazioni strutturali per garantire la resilienza contro gli aggressori ambientali.
Informazioni sull'Ing. Francesco Oliveto
Francesco Oliveto è un esperto e uno studio di consulenza per la modellazione e l'analisi numerica avanzata in campo strutturale e geotecnico.
L'azienda fornisce servizi avanzati di analisi strutturale e geotecnica, con una forte competenza nella valutazione sismica di edifici esistenti, anche se danneggiati o deteriorati. Il suo lavoro copre l'interazione suolo-struttura, la progettazione di fondazioni profonde, le tecniche di scavo top-down e bottom-up e la risposta sismica locale, utilizzando modelli numerici all'avanguardia (FEM, CSFM).