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Effetti della corrosione su pile da ponte cave

La corrosione delle armature rappresenta la principale forma di degrado nelle strutture realizzate in calcestruzzo armato. Causata principalmente da fenomeni di carbonatazione e da attacco di ioni cloruro, produce una progressiva riduzione della sezione resistente delle armature e la formazione di prodotti di corrosione che porta alla riduzione dell’aderenza con il calcestruzzo, alla comparsa di fessure nel copriferro e, quindi, al suo distacco, con evidente effetto sulla sicurezza e affidabilità delle strutture realizzate.

In questo lavoro sono state condotte analisi di tipo sperimentale volte a determinare le variazioni della capacità portante di elementi strutturali quali pile da ponte cave soggette a fenomeni corrosivi. Le analisi hanno mostrato le potenzialità del metodo proposto.

La possibilità di assegnare diversi livelli di danneggiamento ha permesso di svolgere analisi considerando solamente alcune parti della struttura soggette al degrado, molto utile per capire quali parti della struttura sono più sensibili al degrado per corrosione, quelle aree che se colpite compromettono maggiormente le prestazioni strutturali.


Ponti, la valutazione dei ponti è diventata una priorità

La valutazione della prestazione sismica dei ponti è diventata, soprattutto alla luce di alcuni eventi recenti, una priorità dell’ingegneria civile, particolarmente per quelle infrastrutture costruite prima degli anni ‘80 del secolo scorso; prima cioè, che fossero introdotti principi di ingegneria sismica e normative o codici di progettazione antisismica e a causa del degrado dei materiali (acciaio e/o calcestruzzo) che determina il diminuire della resistenza alle sollecitazioni [Biskinis et al. (2004), Bossio et al (2018, 2019a, 2019b, 2019c, Imperatore et al. (2016) e Apostolopoulos et al. (2019)].

Dopo un sisma, l’interruzione delle grandi vie di comunicazione implica un’enorme difficoltà per l’arrivo dei soccorsi e spesso, un’ingente perdita economica nelle aree interessate, che si ritrovano isolate fino a nuova ricostruzione/ripristino.

Una delle tecniche costruttive maggiormente utilizzate per le pile da ponte, soprattutto in Italia, è rappresentata dalla realizzazione di pile cave in calcestruzzo armato che garantiscono al contempo, solidità e inerzia ridotta rispetto a sezioni piene. Si demanda la dis- sipazione dell’energia sismica alla progettazione di cerniere duttili alla base (Priestley et al. 1996). Spesso, tali tipi di strutture sono però accompagnate da notevoli deformazioni dovute al taglio, le quali rappresentano an- che una considerevole percentuale dello spostamento complessivo registrato in testa alla pila (Delgado et al. 2009).

Le pile da ponte sono soggette a forze cicliche derivanti dal vento e dal traffico veicolare; infatti, di re- cente, numerosi studi sperimentali hanno affrontato il tema riscontrando crisi a tagli e taglio-flessione delle se- zioni alla base sia per colonne circolari che rettangolari [Priestley et al. (1987), Seible & Priestley (1993), Cheng et al. (2005) e Lignola et al. (2009)]. Nutrita letteratura è anche presente per le sezioni cave e, inoltre, gli studi di Pavese et al. (2004), Calvi et al. (2005) e Cassese et al. (2017) hanno interessato anche differenti fattori che influenzano il comportamento sismico delle pile da ponte, facendo riferimento alle reali geometrie delle strutture in opera.

Nel presente lavoro è stata valutata la risposta strutturale di pile da ponte cave, soggette a forze cicliche in testa, e preventivamente sottoposte a processo di ageing della sezione di base, sia di sezione circolare sia di sezione rettangolare.

 

Materiali e metodi

Sono state considerate due pile da ponte cave in scala: una a sezione rettangolare e un’altra a sezione circolare, identificate rispettivamente con le sigle P14 e P12. La pila a sezione cava rettangolare ha altezza complessiva (plinto, fusto e testa di carico) pari a 2,40 m (altezza del solo fusto pari a 1,35 m) con una sezione esterna di (0,40x0,60) m2, e una sezione interna di (0,20x0,40) m2. L’armatura longitudinale è composta da due registri: uno esterno costituito da 18φ8 e uno interno costituito da 10φ8, mentre le staffe φ3 sono state posizionate con passo 12 cm (Fig. 1). Il copriferro è stato realizzato di spessore 1,7 cm al fine del rispetto della scala adottata per le pile, fermo restando il rapporto tra spessore di co- priferro e dimensione della pila.

 

ezione trasversale della pila cava rettangolare.

FIGURA 1: Sezione trasversale della pila cava rettangolare.

 

La pila circolare a sezione cava circolare ha altezza complessiva (plinto, fusto e testa di carico) pari a 2,55 m (altezza del solo fusto pari a 1,50 m) con un diametro esterno di 0,55 m e un diametro interno di 0,35 m. L’armatura longitudinale è composta da 24φ8 con staffe φ3 passo 12 cm e copriferro 1,7 cm (Fig. 2).

Le dimensioni della testa di carico sono: (60x80x30) cm3 per la pila rettangolare e (75x75x30) cm3 per la pila circolare. Il plinto di fondazione ha dimensioni (120x120x75) cm3, è stato sovradimensionato per garantire un incastro du- rante la prova meccanica dopo il processo di ageing.

 

Sezione trasversale e prospetto della pila cava circolare.

FIGURA 2: Sezione trasversale e prospetto della pila cava circolare.

 

Caratteristiche dei materiali

Le parti delle pile sono state realizzate con getti diffe- renti in relazione all’elemento strutturale. In particolare, il plinto è stato realizzato con calcestruzzo di classe C35/40 e barre ad aderenza migliorata B450C; mentre il fusto e il plinto con un calcestruzzo che ha restituito una resistenza a compressione cubica a 28 giorni pari a 20 MPa, barre longitudinali (B450C) ad aderenza miglio- rata, con tensione media di snervamento, fym, pari a 505 MPa e armature trasversali lisce di acciaio con ten- sione media di snervamento, fym, pari a 655 MPa.

 

Processo di invecchiamento delle pile

Al fine di poter investigare la risposta sismica di pile corrose, le stesse sono state sottoposte a un processo di in- vecchiamento accelerato mediante soluzione di cloruro di sodio al 3,5% (in una vasca realizzata adiacente alla porzione da corrodere) e imposizione di una corrente elettrica (di circa 170 mA/m2 mediante un potenziostato) tale da indurre un consumo di barra di circa

200 μm/anno. Al processo di ageing è stata sottoposta solo parte del fusto delle due pile. In particolare, esso ha interessato solo alcune barre per un’altezza di 50 cm a partire dal plinto e, come mostrato in figura 3, le sole barre cerchiate in rosso sono state corrose. Le barre sono state completamente isolate elettricamente, tranne che nella parte interessata dal processo di ageing.

 

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Days - Aprile 2021

organizzati da aicap e CTE

 

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