Ponti e viadotti in acciaio: un patrimonio strutturale da comprendere e gestire

I ponti e viadotti in acciaio e composti acciaio-calcestruzzo rappresentano una quota sempre più rilevante del patrimonio infrastrutturale italiano, in particolare nella rete autostradale e nei cavalcavia. La loro diffusione, unita alla relativa “giovinezza” di molte opere, rende fondamentale una valutazione approfondita dei meccanismi di degrado e delle vulnerabilità specifiche. Fatica, corrosione, comportamento dei connettori e rischio di incendio sono oggi i temi centrali per una gestione consapevole di queste strutture. La ricerca nazionale ha affrontato tali aspetti con approcci sperimentali, numerici e di monitoraggio avanzato. I risultati offrono indicazioni concrete per la valutazione della sicurezza e la definizione delle priorità di intervento.

La relazione di Raffaele Landolfo presentata all'evento ReLUIS sull'applicazione delle Linee Guida Ponti ha offerto una sintesi ampia e articolata delle attività di ricerca svolte sul tema dei ponti e viadotti in acciaio e composti acciaio-calcestruzzo, mettendo in luce come questa tipologia strutturale rappresenti oggi una quota tutt’altro che marginale del patrimonio infrastrutturale italiano. Grazie ai dati forniti dal gestore autostradale, è stato possibile quantificare come circa il 10% dei ponti e viadotti presenti in rete sia realizzato in acciaio o in forma mista, con una crescita significativa a partire dagli anni Sessanta e una forte accelerazione nell’ultimo decennio, in cui tali soluzioni hanno raggiunto percentuali prossime al 25% delle nuove opere. Ancora più rilevante è il dato relativo ai cavalcavia, per i quali oltre la metà delle strutture risulta oggi realizzata con impalcati in acciaio o composti, confermando la necessità di una conoscenza approfondita delle loro specifiche criticità.

La fatica come meccanismo di danno dominante nelle strutture metalliche

La presenza di cicli di carico ripetuti rende la fatica il fenomeno di degrado più critico per i ponti in acciaio, soprattutto perché può condurre a rotture fragili e improvvise, spesso localizzate in dettagli costruttivi bullonati, chiodati o saldati. La ricerca ha affrontato il problema sia dal punto di vista della domanda, legata alla corretta valutazione delle variazioni tensionali e del numero di cicli, sia dal lato della capacità, tradizionalmente descritta attraverso le curve S-N. Un nodo ancora aperto riguarda l’effetto della corrosione, che non solo riduce le sezioni resistenti aumentando le tensioni, ma altera anche il comportamento a fatica dei dettagli, per i quali le curve normative sono state derivate esclusivamente su provini integri. Il combinato fatica-corrosione rappresenta dunque uno dei temi di maggiore interesse scientifico e applicativo, ancora privo di risposte consolidate.

Unioni chiodate e bullonate: tra sperimentazione, modellazione e casi reali

Una parte rilevante delle attività ha riguardato le unioni meccaniche, con particolare attenzione alle connessioni chiodate storiche e alle più diffuse unioni bullonate. Attraverso approcci innovativi basati su criteri energetici, è stato possibile valutare l’influenza della geometria dell’unione, del numero di chiodi e delle condizioni di simmetria sulla vita a fatica. Di particolare interesse pratico sono i risultati relativi alla sostituzione di chiodi danneggiati con bulloni precaricati, soluzione che, contrariamente a quanto si potrebbe intuitivamente pensare, porta spesso a un incremento della vita a fatica grazie all’effetto di precompressione tra le piastre. Altrettanto significativo è lo studio della perdita di precarico dei bulloni nel tempo, fenomeno che può ridurre drasticamente la vita residua della struttura, evidenziando l’importanza dei controlli ispettivi e manutentivi anche sotto il profilo della sicurezza a fatica.

Monitoraggio, emissioni acustiche e fatica da azioni termiche

Accanto agli approcci tradizionali, la ricerca ha esplorato metodologie avanzate per la valutazione della domanda a fatica, come l’uso delle emissioni acustiche associate alle variazioni di tensione nei dettagli strutturali. Integrando monitoraggio in sito, prove di laboratorio e algoritmi di machine learning, è stata sviluppata una procedura in grado di fornire direttamente una classificazione del danno, superando la sola stima indiretta dello stress range. Un ulteriore filone ha riguardato la fatica oligociclica indotta da variazioni termiche, con escursioni in campo plastico e vite a fatica sorprendentemente brevi, dell’ordine di pochi decenni, che pongono seri interrogativi sulla durabilità di alcuni dettagli progettuali.

Strutture composte e ruolo dei connettori

Per le strutture miste acciaio-calcestruzzo, il comportamento globale dipende in larga misura dalla prestazione dei connettori. Le ricerche hanno mostrato come, nei ponti esistenti, siano frequentemente presenti soluzioni non standardizzate, quali connettori senza testa, che presentano resistenze comparabili a quelle tradizionali ma una maggiore duttilità. Parallelamente, lo studio dell’influenza della resistenza del calcestruzzo ha evidenziato come l’uso di calcestruzzi ad altissima prestazione possa spostare il meccanismo di collasso verso l’acciaio e le saldature dei connettori, rendendo necessario un ripensamento dei modelli di progetto e verifica. L’integrazione tra prove sperimentali, simulazioni numeriche e modelli analitici ha consentito di descrivere in modo più accurato il comportamento a scorrimento e di fornire strumenti utili per la valutazione delle strutture esistenti.

Incendio e valutazione del rischio nei ponti in acciaio

Un ulteriore tema di grande attualità è quello della vulnerabilità all’incendio, spesso trascurato nel caso dei ponti rispetto agli edifici. Le attività di ricerca hanno definito livelli prestazionali basati sugli spostamenti massimi e residui dell’impalcato, valutando la risposta strutturale a diversi scenari di incendio associati a veicoli leggeri, autobus e mezzi pesanti. Le analisi termomeccaniche hanno portato alla costruzione di curve di fragilità, utili per stimare la probabilità di superamento dei livelli di prestazione. È emerso come l’adozione di sistemi di protezione passiva, quali intonaci o vernici intumescenti, possa ridurre in modo significativo il rischio, in alcuni casi quasi azzerandolo. La valutazione quantitativa del rischio, basata anche su dati statistici reali di incendi stradali, ha inoltre messo in evidenza la forte dipendenza dei risultati dalla tipologia strutturale del ponte.

Verso criteri più mirati per la gestione del patrimonio esistente

L’ultima parte delle attività ha affrontato il tema della classificazione e della priorità di intervento per i ponti in acciaio, proponendo approcci integrativi rispetto alle attuali linee guida. Attraverso indici di priorità e di rischio, è stato possibile distinguere in modo più efficace tra opere apparentemente simili ma caratterizzate da livelli di vulnerabilità differenti. In quest’ottica si inserisce anche la proposta di aggiornamento delle schede difettologiche, introducendo una distinzione più chiara tra elementi strutturali primari e secondari, con una modulazione più realistica del peso dei difetti riscontrati durante le ispezioni.

Nel complesso, le attività confluiranno in tre volumi dedicati rispettivamente alle unioni soggette a fatica, ai sistemi di connessione nelle strutture composte e alla vulnerabilità al fuoco dei ponti in acciaio. Un contributo che conferma come la gestione sicura e sostenibile di questo patrimonio richieda strumenti di analisi sempre più raffinati, capaci di integrare sperimentazione, modellazione avanzata e monitoraggio in esercizio.

IN SINTESI
-I ponti e viadotti in acciaio e composti rappresentano una quota significativa e crescente della rete infrastrutturale, in particolare nei cavalcavia e nelle opere realizzate dagli anni Sessanta in poi.
-La fatica è il meccanismo di degrado dominante, aggravato da fenomeni di corrosione e dalla complessità dei dettagli costruttivi, con importanti implicazioni sulla vita residua delle strutture.
-Le ricerche su unioni meccaniche e strutture composte acciaio-calcestruzzo evidenziano il ruolo cruciale dei connettori e l’influenza dei materiali ad alte prestazioni sui meccanismi di collasso.
-Metodologie avanzate di monitoraggio e modellazione, incluse emissioni acustiche e analisi termomeccaniche, permettono valutazioni più realistiche della domanda a fatica e del danno.
-La vulnerabilità all’incendio dei ponti in acciaio emerge come un tema centrale per la gestione del rischio, con efficaci strategie di mitigazione e nuove proposte per la definizione delle priorità di intervento.

DI SEGUITO LA REGISTRAZIONE INTEGRALE DELL'INTERVENTO DI RAFFAELE LANDOLFO.

Il testo è stato elaborato mediante la registrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA.