Sostituzione impalcati ammalorati esistenti con soluzioni in acciaio

Quasi tutti i ponti italiani sono stati costruiti prima del 1980, quindi ormai hanno più di 40 anni. Il calcestruzzo può essere interessato da un processo di ammaloramento più o meno diffuso, e proprio per valutare lo stato dell'arte delle opere del Paese sono state diramate le “Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti”.

La sostituzione di opere esistenti in calcestruzzo o c.a.p. con nuovi elementi in carpenteria metallica conferisce un migliore comportamento del ponte o viadotto di fronte alle azioni sismiche, ma anche sotto altri aspetti importanti come la sostenibilità e la durabilità.


Ponti e viadotti in Italia: stato di fatto

Si è ormai preso atto dello stato di degrado in cui si trovano i numerosi ponti e viadotti sul territorio nazionale, oltre che della loro vetusta età, così come della mancanza di un sistema di gestione del rischio delle infrastrutture uniforme ed organizzato sull’intero territorio nazionale.

Uno studio eseguito dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa, a seguito dell’analisi di un campione di 261 ponti appartenenti a strade provinciali, ha individuato che il 44% sono in muratura, il 43 % in c.a. il 5% in acciaio o soluzioni composte e l’8% in altre materiali.

Per quanto riguarda la loro età è stato rilevato che il 54% dei ponti è stato realizzato prima del 1945 (> 75 anni), il 38% tra il 1945 e il 1980 (75 a 40 anni) e solo l’8% costruiti dopo il 1980 (< 40 anni).

A conferma di tali percentuali è lo studio di Marco Petrangeli e altri, il quale quantifica il numero di ponti in Italia in circa 250.000 unità, confermando che l’80% dei ponti sono stati costruiti entro il secondo dopo guerra. Lo studio ha inoltre rilevato che i lavori di manutenzione e sostituzione realizzati sono inferiori a quelli necessari, con risultati di deterioramento precoce e più veloce delle strutture e la conseguente riduzione dello stock dei ponti (chiusure temporanee e permanenti, limitazioni della piattaforma, limite di carico e velocità) con il rischio di una significativa contrazione della rete stradale.

Dai dati a disposizione si evince che la tipologia di ponti esistenti, più diffusa in Italia, è quella di viadotti a travi appoggiate precompresse semplicemente appoggiate ed in misura minore, i ponti in calcestruzzo armato realizzati da una successione di telai e travi tampone in semplice appoggio (seggiole Gerber).

Infine, da uno studio presente nel database del Bridge Information System (I.Br.I.D) scaturisce che meno del 6% dei ponti italiani sono in carpenteria metallica ed in strutture miste acciaio-calcestruzzo, pertanto vi è ben un 94% di ponti esistenti in materiali diversi dall’acciaio.

Si può riassumere che il 92% dei ponti ha più di 40 anni, con il 38% realizzati nel secondo dopo guerra e che almeno il 50% dei ponti italiani sono in calcestruzzo con uno stato di ammaloramento della rete piuttosto consistente dovuto a cause che possono essere di natura ambientale, di non idonea esecuzione e di insufficiente manutenzione.

 

Viadotto Stupino e Ponte Fumarella Pellaro

 

Il calcestruzzo può essere interessato da un processo di ammaloramento più o meno diffuso, con presenza di fessure, lesioni e distacchi accentuati dall’eventuale presenza di infiltrazioni di acque ad alto contenuto di cloruri a causa dell’utilizzo di sali disgelanti sulla pavimentazione stradale, con fenomeni di degrado tale da innescare la corrosione nelle armature. Demolire interamente i viadotti esistenti e sostituirli con strutture nuove, come nel caso accaduto ad esempio per il Ponte di Genova, si tradurrebbe in operazioni onerose e di grande impatto ambientale. Diviene pertanto fondamentale percorrere altre opzioni per la messa in sicurezza dei ponti esistenti con soluzioni che contemplino anche il miglioramento sismico dell’infrastruttura nel suo complesso.

 

Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti

Al fine di trovare adeguati ed unificati criteri di monitoraggio manutentivo delle infrastrutture esistenti, il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ha istituito nel 2019 una commissione con appunto il compito di unificare le modalità di classificazione, valutazione della sicurezza e monitoraggio dei ponti esistenti. La commissione ha prodotto le “Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti”, recentemente approvate dall’Assemblea generale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, iniziativa di grande aiuto allo sviluppo del nostro Paese.

Nonostante l’applicazione sia sperimentale e tratti soltanto i ponti stradali, le linee guida forniscono uno strumento avanzato, univoco ed uniforme per tutti i gestori sul territorio nazionale che mediante un approccio generale, multilivello, multicriterio e multiobiettivo, consentirà la determinazione di una “classe di attenzione” per la gestione del rischio e la verifica di sicurezza delle infrastrutture.

Le Linee Guida sono costituite da tre parti fondamentali:

  • Censimento e la classificazione del rischio;
  • Verifica della sicurezza;
  • Sorveglianza e monitoraggio.

e costituiscono il riferimento per ANAS ed i concessionari autostradali, in ordine all'approfondimento e frequenza delle ispezioni, nonché per altri interventi e provvedimenti.

Il documento fornisce gli strumenti per la conoscenza a livello territoriale dei ponti e per la definizione delle priorità per l’esecuzione delle eventuali operazioni di sorveglianza e monitoraggio, di verifica e di intervento in un’ottica di ottimizzazione delle risorse e degli interventi e  degli investimenti. L‘approccio si sviluppa su 6 livelli differenti e prevede valutazioni speditive quali il censimento, le ispezioni e la classificazione, e valutazioni puntuali di complessità maggiore, concentrate su singoli manufatti.

Gli interventi di manutenzione scaturiscono sulla base della classificazione delle patologie, svolta a partire dalle ispezioni di livello 1 e dalla necessità di azioni correttive, sulle strutture, scaturite dai livelli successivi. Tali azioni potranno essere più o meno estese a seconda del tipo di danno, della sua localizzazione e del livello del degrado.

Gli interventi vanno dal semplice monitoraggio continuo delle patologie, seguite da nuove ispezioni approfondite e dettagliate con lo svolgimento di test non distruttivi o distruttivi di laboratorio volti alla definizione dell’esatta entità del danno rilevato. Per danni poco estesi si eseguono interventi localizzati di riparo che non influiscono sul comportamento globale della struttura e sulla funzionalità dell’opera.

Se il danno è molto esteso, tale da ridurre sensibilmente la capacitàportante e/o la durabilità di un intero elemento strutturale, si esegue un intervento di rinforzo o di sostituzione dell’intero elemento.

 

Soluzioni impalcati in carpenteria metallica

La varietà di sistemi strutturali in carpenteria metallica, per la sostituzione di campate semplicemente appoggiate, è molto ampia: bi-trave e multi-trave con profili laminati o saldati, travi a cassone o trave reticolare con profili aperti o chiusi e qualunque sia il sistema scelto la struttura può sempre essere prefabbricata in officina.

È possibile approfondire il tema relativo alle tipologie di impalcato per i ponti in carpenteria metallica scaricando e leggendo questo documento.

 

Soluzioni di impalcato per ponti in acciaio

Miglioramento e adeguamento sismico mantenendo le pile esistenti senza interventi onerosi

La sostituzione di opere esistenti in calcestruzzo o c.a.p. con nuovi elementi in carpenteria metallica conferisce un migliore comportamento del ponte o viadotto di fronte alle azioni sismiche, trasferendo minori sollecitazioni alle sottostrutture, data la minore massa degli elementi in carpenteria metallica.

In questi casi è possibile procedere, molto più facilmente, all’adeguamento sismico o al miglioramento delle pile e delle spalle esistenti del ponte che saranno sottoposte ad azioni verticali e orizzontali molto più contenute delle precedenti. A completamento dell’intervento si deve valutare lo stato dei pulvini esistenti e l’adeguamento ai nuovi dispositivi di appoggio.

 

Sostituzione impalcati ammalorati esistenti con soluzioni in acciaio

 

È stato possibile costatare che, in gran parte dei viadotti esistenti, le pile presentano un’importante robustezza perché nella progettazione venivano fatte lavorare a tensioni medie molto basse. Questa situazione di sovradimensionamento gioca a favore del suo ripristino nonostante possano trovarsi in una situazione di cattivo stato di conservazione.

Le migliori prestazioni nei confronti dell’azione sismica possono essere illustrate prendendo in esame, a mero scopo illustrativo, i carichi trasmessi alle pile dovuti al peso proprio delle campate con le luci più rappresentative nella rete stradale esistente di 25 m e 35 m. In questi esempi è escluso il contributo della soletta superiore e delle finiture, il quale è pressoché identico per tutte le soluzioni di ponte.

Per travi isostatiche in c.a.p. con campate di 25 m di luce, il carico trasmesso agli appoggi dovuto al peso proprio delle travi risulta essere:

  • nell’ordine delle 130t per impalcati con travi a doppio “T” in c.a.p. esistenti tipicamente in uso qualche decennio fa;
  • per impalcati realizzati con soluzioni in acciaio o acciaio/calcestruzzo è invece nell’ordine dalle 20t alle 35t, con soluzioni in travi laminate, con travi in lamiere saldate a doppio “T” o a cassone con acciaio o con trave reticolare con profili tubolari in qualità S355 e S460.

Da una prima analisi si evince un netto abbattimento dei carichi agenti dovuti al peso proprio delle travi. I nuovi carichi verticali, imposti da quest’ultime, trasmessi alle pile, vengono ridotti di circa il 75-85% rispetto a quelli trasmessi dagli impalcati esistenti.

Di conseguenza, essendo i carichi sismici strettamente legati alle masse, l’azione sismica dei nuovi impalcati viene altamente ridotta rispetto a quella trasmessa dalla struttura esistente.

Anche per travi isostatiche con campate di 35 m di luce è possibile fare analoghe considerazioni, il peso proprio degli impalcati esistenti con travi in c.a.p. risulta essere nell’ordine 220t / 250t, per impalcati realizzati con soluzioni in acciaio o acciaio/calcestruzzo il peso si riduce di circa il 70 – 85% rispetto a quello degli impalcati esistenti.

Questa importante riduzione dei carichi rafforza la soluzione progettuale di mantenere e ripristinare le pile e le spalle esistenti, e procedere con la sostituzione degli impalcati con quelli nuovi in carpenteria metallica.

Durante la sostituzione dei dispositivi di appoggio, nel caso di pile esistenti che non riuscissero a sopportare i nuovi carichi sismici, sarebbe possibile aumentare la capacità dissipativa dell’opera (retrofitting sismico), mediante l’installazione di “dissipatori sismici”, atti alla dissipazione dell’energia sismica.

 

Altezze di impalcato ridotte

Sostituendo gli impalcati ammalorati con soluzioni in carpenteria metallica, l’altezza del nuovo sistema strutturale risulta sempre minore di quello esistente in cemento armato e in precompresso. Questo è reso più evidente nelle soluzioni di travi continue, sistemi in cui l’acciaio offre le migliori prestazioni. Per ponti che superano i corsi d’acqua, questo è un risultato molto importante perché diviene possibile alzare il franco navigabile aprendo il tratto a imbarcazioni maggiori di quelle previste inizialmente per il ponte esistente.

 

Sostenibilità

Nell’ottica degli investimenti sul nostro patrimonio infrastrutturale è impossibile non parlare anche di sostenibilità, soprattutto in termini di riciclabilitàdurabilità. L’Italia è il paese al primo posto in Europa per riciclo di rottame ferroso con una media di circa 20 milioni di tonnellate annue di materiale che viene rifuso nelle acciaierie nazionali, grazie alla tecnologia di produzione all’interno dei forni ad arco elettrico.

L’acciaio di un ponte a fine vita, grazie alla sua facilità di essere separato dagli altri materiali ed essendo il materiale con il più elevato tasso di riciclo, non genera perdite economiche legate allo smantellamento dell’opera, poiché costituisce una vera e propria risorsa di scambio acquistabile dalle aziende rottamatrici e in seguito dai produttori di acciaio. In un’ottica di economia circolare come la nostra, investire sul patrimonio infrastrutturale esistente con soluzioni in acciaio significa dunque, direttamente ed indirettamente, conservare risorse naturali.

 

Vantaggi in termini di durabilità

Numerosi vantaggi vengono inoltre offerti in termini di manutenzione, gestione dell’opera, grazie all’eccellente durabilità dell’acciaio, alla facilità di ispezione e soprattutto in durata della vita utile. Si può addurre che l’acciaio è un materiale che, per sua natura, è vulnerabile alla corrosione in particolare in ambienti molto aggressivi o inquinati. Per contrastarla, si interviene sulle cause, rendendo l’acciaio meno vulnerabile mediante trattamenti di protezione superficiale (zincatura a caldo o verniciatura) o usando materiali in grado di passivarsi che proteggono il manufatto per tutta la vita utile dello stesso.

Pur senza reale supporto scientifico, in passato si temeva che la zincatura a caldo potesse interferire con le caratteristiche dell’acciaio e le sue prestazioni nel tempo; oggi sia per studi specifici che per l’esperienza derivante dall’utilizzo di tale trattamento in una vasta casistica in ambito internazionale, si può considerare che l’uso della zincatura a caldo consente una progettazione sicura dei ponti.

In Italia solo recentemente si comincia ad utilizzarla anche per i ponti in acciaio mentre in altri Paesi, come USA e Giappone, viene impiegata già da decenni. In particolare, in Giappone dal 1960 sono stati messi in opera circa 1.000 ponti in acciaio zincato a caldo, sia stradali che ferroviari, senza che sia stata necessaria alcuna manutenzione o che siano emersi altri problemi ad essa riconducibile.

Anche i ponti in calcestruzzo, pur essendo un materiale molto resistente nel tempo, sono vulnerabili alla corrosione a causa della presenza delle barre di armatura o dei cavi di post-tensione, indispensabili per rendere il materiale resistente anche a trazione. Pur essendo l’acciaio protetto naturalmente dall’immersione all’interno del conglomerato cementizio, nei ponti e viadotti in c.a. e c.a.p. questa vulnerabilità alla corrosione è più difficile da controllare nelle opere in acciaio a causa della difficile o impossibile accessibilità alle parti metalliche.

 

Garanzia di qualità

I manufatti in carpenteria metallica sono realizzati totalmente nelle officine, che in media producono circa 1.000 tonnellate al mese, e coperti di marcatura CE con ampia disponibilità di acciaio prodotto nel nostro paese. L’acciaio è un materiale sicuro in quanto la tracciabilità del prodotto viene garantita dalle normative su tutta la filiera, dal produttore al cantiere.

L’assemblaggio in officina (dove sono garantiti controlli, collaudi e standard qualitativi di assoluta affidabilità) riduce inoltre i rischi dovuti a fattori e condizioni ambientali tipici delle costruzioni in opera in cantiere.

 

Ampia gamma di soluzioni disponibile

La folta gamma dei prodotti in acciaio, fra cui acciaio non legati, acciai a grano fine allo stato normalizzato o acciai termomeccanici, autopatinabili, inox e duplex, ad esempio, unita alle diverse possibilità di lavorazione presso le officine dei costruttori metallici consente un’ampia scelta per le soluzioni di impalcato per i ponti in acciaio. A tal proposito, sarebbe auspicabile un aggiornamento a breve dei capitolati dei prezzari delle Regioni e degli Enti, che tengano conto dei prodotti e delle tecnologie in acciaio che permettono un’ottimizzazione celere della messa in sicurezza dei ponti italiani.


 Contenuti a cura di Fondazione Promozione Acciaio.

Materiale tratto da: “SOSTITUZIONE DI IMPALCATI ESISTENTI IN C.A.P. CON NUOVI MANUFATTI IN CARPENTERIA METALLICA” e “RILANCIAMO LE INFRASTRUTTURE E L'ACCIAIO CON L'ITALIA”

 

FONDAZIONE-PROMOZIONE-ACCIAIO.jpg

Chi è FPA - Fondazione Promozione Acciaio