Viadotto Strallato "Carpineto I" di Morandi: le analisi del dissesto e il consolidamento strutturale

Lucio Della Sala - Professore di Costruzione di Ponti - Scuola di Ingegneria dell'Università degli Studi della Basilicata Angelo Sabatiello - Libero Professionista, Bella (PZ) 22/08/2018 4979

Dalle indagini sul degrado alla valutazione della sicurezza strutturale: il caso del viadotto Morandi Carpineto I

Il presente lavoro descrive le indagini condotte nel 2013 sul ponte a struttura strallata “CARPINETO I” appartenente al Raccordo Autostradale 05 “Potenza – Sicignano” allo scopo di accertare l’evoluzione dei fenomeni di degrado manifestatisi negli anni a partire dall’epoca della sua costruzione e la loro influenza sulla statica complessiva del viadotto. I risultati delle misurazioni effettuate in situ sono stati posti a confronto sia con i corrispondenti risultati sperimentali, desunti in una precedente campagna di indagini svolta per conto dell’Ente gestore dell’arteria, sia con quelli teorici tratti da una analisi numerica su modello agli elementi finiti. Quest’ultimo, in tal modo validato, ha consentito di determinare l’effettivo stato di sforzo presente nei vari elementi strutturali del viadotto e quindi proporre una soluzione per il suo consolidamento ed adeguamento.

Il problema del controllo sperimentale ed analitico del comportamento in esercizio delle strutture esistenti, con particolare riguardo verso le opere inserite nelle reti di grande comunicazione, è certamente di grande attualità; ciò in considerazione del fatto che gran parte delle strutture in esercizio iniziano ad avere un’età prossima alla sua vita utile mostrando evidenti segni di degrado. Lo studio del comportamento delle strutture e il monitoraggio del loro stato di conservazione ed efficienza assumono grande importanza al fine di programmare in modo tempestivo e razionale i possibili interventi di manutenzione preventiva necessari alla corretta gestione del patrimonio strutturale. Per tale motivo, è stata approfondita l’analisi del comportamento in esercizio del viadotto strallato CARPINETO I, il quale rappresenta l’ultimo, in ordine di tempo, dei Ponti Strallati Omogeneizzati in calcestruzzo armato precompresso realizzato su progetto del Prof. Ing. Riccardo Morandi. [Fig.1]

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Figura 1 – Viadotto CARPINETO I

Descrizione del Viadotto strallato Carpineto I

L’opera, appartenente al Raccordo autostradale 05 “Potenza – Sicignano”, presenta due vie di corsa parallele ad andamento planimetrico rettilineo, separate ed indipendenti, ciascuna di larghezza pari a 9.50 metri e lunghezza complessiva pari a 241.80 metri. Ciascuna carreggiata è costituita da una coppia di strutture strallate mutuamente collegate da una travata isostatica di luce pari a 42 metri; il sistema descritto ha permesso di superare una zona in frana con una luce complessiva di 181.00 metri.[Fig.2, Fig. 3]

viadotto-strallato-carpineto I: vista da monte

Figura 2 - Vista da monte
viadotto-strallato-carpineto I:Particolare Traverso di ancoraggio stralli

Figura 3 - Particolare Traverso di ancoraggio stralli

Ognuno dei due sistemi strallati si compone di una trave principale di notevole rigidezza incernierata ad una estremità al blocco di fondazione dell’antenna [Fig.4], e sostenuta a circa i 4/5 della luce da due tiranti obliqui i quali, dopo il rinvio sulle torri, si ancorano ad un blocco di ancoraggio in cemento armato. Gli stralli, che costituiscono l’elemento caratterizzante l’opera, sono realizzati da un fascio di 240 trefoli paralleli da ½ pollice -Cavi A- protetti da un guscio di calcestruzzo a sezione rettangolare (110x 80cm) prefabbricato a conci; questa guaina, in una fase successiva al varo della travata sospesa, è stata precompressa longitudinalmente mediante ulteriori 80 trefoli da ½ pollice all’uopo predisposti -Cavi B- in modo da imprimere una coazione che impedisse l’insorgenza di tensioni di trazione nel calcestruzzo nelle massime condizioni di esercizio [Fig.5].

viadotto strallato carpineto  I: Particolare sistema fondale

Figura 4 - Particolare sistema fondale

viadotto strallato carpineto I: articolare sistema strallato

Figura 5 - Particolare sistema strallato

Lo schema statico adottato dal progettista, unitamente alla tecnologia costruttiva, presenta alcune caratteristiche peculiari che lo rendono particolarmente adatto al superamento di luci di notevole entità; in particolare:
•    la travata sospesa risulta soggetta ad una autocompressione, variabile in funzione dei carichi, determinata dalla componente orizzontale del tiro trasmesso dagli stralli, garantendo una notevole riduzione delle tensioni di trazione nella stessa travata;
•    dal punto di vista deformativo, la presenza del vincolo elastico rappresentato dai tiranti ha effetti, a fenomeni lenti esauriti, soltanto nei riguardi dei carichi di esercizio cosicchè, ai fini dei carichi permanenti, la travata si comporta come una struttura a vincoli fissi;
•    per le loro modalità costruttive, gli stralli esibiscono un comportamento analogo a quello di travi in calcestruzzo a sezione omogenea soggette a sforzi di decompressione con il duplice vantaggio di aumentare da un lato il coefficiente di sicurezza alla fatica e dall’altro fornire un aumento della durabilità dell’opera d’arte per l’assenza di tensioni di trazione nel calcestruzzo delle guaine.

Il Degrado Strutturale dell'opera

I difetti di realizzazione unitamente alle condizioni di degrado hanno determinato negli anni anomalie di corrosione a carico dei trefoli che precomprimono le guaine in c. a. e la conseguente riduzione dello stato tensionale. Si è resa, pertanto, necessaria l’esecuzione di una adeguata campagna di indagine e di verifiche tesa a valutare lo stato di conservazione ed efficienza degli elementi strutturali che costituiscono il viadotto ed in particolare degli stralli [Fig.6].

viadotto strallato carpineto I:Fenomeni di Degrado sugli stralli

Figura 6 – Fenomeni di Degrado sugli stralli

La campagna di indagine

Le indagini sono state eseguite con l’obiettivo di valutare l’attuale stato tensionale degli stralli, il comportamento dinamico della struttura nel suo complesso e di confrontare i risultati ottenuti con quelli acquisiti nel corso di una analoga campagna effettuata nel 2001 sullo stesso viadotto al fine di individuare eventuali variazioni del comportamento strutturale che si fossero eventualmente verificate nel frattempo. A tal proposito la campagna di indagine è consistita in rilevazioni sperimentali ed ispezioni a carico degli stralli, quali quelle appresso indicate:

  • Ispezione generale visiva;
  • Rilievo geometrico della configurazione a catenaria degli stralli;
  • Sondaggi endoscopici sui cavi degli stralli;
  • Prove di detensionamento sui trefoli dei cavi “A”;
  • Prove di detensionamento sui trefoli dei cavi “B";  
  • Prove di rilascio di tensione nel calcestruzzodelle guaine;  
  • Caratterizzazione dinamica.

Modellazione Strutturale del Viadotto strallato

Con l’obiettivo di pervenire ad una valutazione attendibile dello stato di sollecitazione delle membrature nelle varie condizioni di esercizio, la struttura è stata modellata come un sistema di aste monodimensionali a massa distribuita, a comportamento elastico lineare, mediante il software Midas Civil. La modellazione ha riguardato il complesso strutturale della carreggiata Ovest, attribuendogli la pendenza longitudinale del 4.5% in modo da rispecchiare la reale situazione statica in quanto tale parametro geometrico incide, seppur in modo limitato, sull'entità degli sforzi negli stralli.

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