Comportamento di travi in CA pretese di impalcati da ponte dalla fase costruttiva alla fase in esercizio

Italian Concrete Days.jpgAbstract: 

Nell’articolo è analizzato il comportamento di travi pre-tese da impiegare nella costruzione di ponti autostradali.

L’obiettivo sarà quello di evidenziare i vari fattori che influenzano il tiro nei trefoli dalla fase di costruzione della trave fino al suo comportamento in esercizio.

Verrà condotta una analisi non lineare nel materiale, time dependent analysis, considerando il calcestruzzo un “age strength material” e si evidenzieranno tutti i fattori di incertezza che influiscono sui tiri nei trefoli.

Si proporrà un metodo per la valutazione del tiro nei trefoli per l’accettazione della trave prodotta in situ e per valutare il tiro residuo nelle travi per la verifica di ponti esistenti, evidenziando come sarebbe opportuno effettuare un’analisi di tipo probabilistico.

Articolo presentato in occasione degli Italian Concrete Days 2018 di aicap e CTE


Pre-tensioned Beams behavior of Bridge Deck from Construction Stages till Serviceability

Comportamento di travi pretese di impalcati da ponte dalla fase costruttiva alla fase in esercizio

Dall’attività di controllo del progetto costruttivo riguardante la costruzione di nuovi ponti autostradali è scaturita la necessità di effettuare uno studio riguardante l’accettazione delle travi precompresse prodotte direttamente in situ dal contractor, al fine di evidenziare le incertezze che più influiscono sull’armatura pre-tesa.

Le incertezze sono da ricercare nella fase di produzione, nel controllo qualità dei materiali e nei modelli reologici predittivi per i fenomeni differiti nel calcestruzzo.

Si vedrà anche come tali incertezze sarebbe necessario trattarle con metodi probabilistici.

Evidenziati così i fattori di incertezza si propone una metodologia di analisi che consente di verificare sia travi di nuova produzione e sia travi di impalcati già in esercizio.

Più precisamente la metodologia è applicabile sia per l’accettazione di travi di nuova realizzazione prodotte in sito e sia per la verifica di travi di ponti esistenti al fine di valutare il tiro residuo nell’armatura precompressa.

L’interesse mostrato nell’articolo per la verifica delle travi precompresse esistenti è fondato sul fatto che nel nostro Paese, durante la metà del secolo scorso e più precisamente tra gli anni ‘60 ed ‘80 furono costruite la maggior parte delle reti stradali e autostradali per una lunghezza complessiva di circa 80,000 Km.

Il sistema adottato per gli impalcati fu in prevalenza a travi precompresse post e pre-tese realizzate a piè d’opera.

Dunque, è frequente oggi trovare ponti appartenenti ad entrambe le tipologie che presentano problemi di eccessive deformazioni o di

insufficiente armatura pre-tesa dovute a differenti situazioni come: messa in conto dei fenomeni reologici con metodi semplificati, disposizioni e quantità delle armature di precompressione errate ed in alcuni casi anche ad errori progettuali.

Pertanto, per tutti questi aspetti sarebbe necessario adottare una metodologia di calcolo e di investigazione in sito per poter effettuare la verifica di queste strutture seguendo un preciso work-flow.

Il presente lavoro vuole tracciare tale flusso attraverso una metodologia di analisi ben precisa divisa in più parti: analisi di calcolo, indagini in situ e analisi probabilistica la quale quest’ultima verrà solo accennata.

Il sito di costruzione di queste opere d’arte è ubicato in Georgia, Paese dell’Est Europa e andranno a ultimare un nuovo tratto della E60 Hi-ghway lungo circa 50 Km per dare un nuovo sbocco al sistema trasportistico di questo Paese sulle coste del mar Nero.

Il contractor impegnato nei lavori è Sinohydro Corporation Limited avente branch in Georgia con l’Head Quarter in Fuzhou, città della provincia di Fujian posta a Sud Ovest della Cina meridionale.

1.2 Metodo Proposto: Time dependent Analysis-SLS

La metodologia di analisi proposta può essere divisa in tre stages differenti.

  • T.d.A.1-SLS: fase di produzione della trave che riguarda le seguenti verifiche: controllo e accettazione dei materiali; controllo in situ della produzione della trave; valutazione del tiro nei trefoli; valutazione della hogging deformation per l’accettazione della trave dopo il taglio dei trefoli.
  • T.d.A.2-SLS: effetto nei trefoli dei fenomeni reologici del calcestruzzo per un tempo pari a 30000 gg e del rilassamento dell’acciaio pre-teso.
  • T.d.A.3-SLS: effetto della variazione di tiro nei trefoli sulla deformazione della trave. Attraverso questa fase si mostrerà come la freccia risultante nella trave, somma della contro-freccia dovuta agli effetti permanenti si modifica nel tempo. Tale risultato è anche utile riferimento quando si vuole comparare il collaudo di un’opera esistente, oggetto di un intervento di adeguamento, con i risultati del collaudo originario dell’opera.

L’analisi sopra descritta è stata effettuata attraverso il software Midas Gen dove si è predisposto un FE model della trave rappresentante le caratteristiche dei trefoli e le caratteristiche reologiche dei materiali.

L’elemento così formato è stato studiato come un sistema visco-elastico non omogeneo, in accordo alla teoria dei solidi visco elastici lineari valevole, rigorosamente, per stati tensionali costanti nel tempo che variano all’interno dei seguenti intervalli tensionali:

0 ≤ σ’(t) ≤ 0.45 fck;

0 ≤ σt (t) ≤ 0.9 ⏐fctk⏐;

dove fck e fctk sono rispettivamente la resistenza caratteristica a compressione e a trazione del calcestruzzo.

Inoltre, la teoria si basa sulla costanza nel tempo del coefficiente di Poisson.

1.3 Sito di produzione delle travi

Il luogo di produzione delle travi è stato organizzato dal contractor in un campo di produzione dove oltre a tale campo sono stati realizzati la centrale di betonaggio per la produzione del calcestruzzo, il laboratorio per il suo controllo e l’edificio per la lavorazione dell’acciaio.

L’immagine 1 riporta il banco di precompressione capace di produrre due travi in serie, mentre l’immagine 2 riporta una vista di una fase di getto del calcestruzzo.

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2 OPERAZIONI PER LA PRODUZIONE DELLA TRAVE

2.1 Generalità

Di seguito si ripercorreranno tutte le operazioni che sono state necessarie per avviare la produzione in situ delle travi e i vari controlli effettuati per l’accettazione dei materiali e della trave.

Verrà evidenziato come l’allungamento misurato nei trefoli è di fondamentale importanza per il loro tiro e di conseguenza per il comportamento allo SLS della trave.

2.2 Materiali e geometria trave

La trave presa a riferimento per l’applicazione della T.d.A-SLS è una trave pre-tesa lunga 33.0 m progettata per la costruzione di impalcati di ponti

autostradali aventi larghezze di 14.4 m.

I trefoli previsti nella trave sono da 0.6” in numero di 40 come riporta la tabella 1.

Le tabelle che seguono riportano le caratteristiche della trave e dei materiali strutturali in accordo al tender e alla qualificazione dei materiali strutturali.

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L'ARTICOLO COMPLETO E' DISPONIBILE IN ALLEGATO


KEYWORDS: Construction stage C.S.; bridge deck; FE model; prestressed beam; strands; time dependent analysis; residual force; reliability index / Fase di costruzione; impalcato da ponte; modello FE; trave pre-tesa; trefoli; analisi tempo dipendente; tiro residuo; indice di affidabilità.


Nel 2020 si terrà a Napoli la terza edizione degli Italian Concrete Days organizzati da aicap e CTE. Per saperne di più collegarsi a questo LINK