Il ponte di Montereale: riparazione, consolidamento e adeguamento antisismico

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Il notevole interesse che ha suscitato ieri l’articolo sul ponte di Montereale, ha suggerito di riportare integralmente il testo del contributo scientifico a suo tempo dato dagli autori alla rivista Strade ed Autostrade e dal quale erano tratte le considerazioni tecniche che hanno permesso di rispondere al quesito posto sulla sicurezza dell’opera. Talenti lucani si scusa con gli autori per aver riportato ampi stralci del lavoro ma che che non danno completamente l’idea dell’importanza tecnico-scientifica dell’opera. Ecco il testo integrale di quel contributo.  Si ringrazia il prof.Della Sala per le precisazioni anche sul terreno della sicurezza dell’opera, come ben viene messa in evidenza nell’articolo che segue:

Le attività di indagine, di studio delle soluzioni tecniche e di progettazione degli interventi volti alla riparazione e al consolidamento strutturale del ponte di Montereale a Potenza

Autori: Angelo Sabatiello, Francesco Matera, Lucio Della Sala 26 luglio 2016

Allo scopo di restituire l’opera alla cittadinanza, si è reso necessario accertare prima di tutto la compatibilità al recupero della stessa determinandone lo stato di degrado e/o di danneggiamento al fine di progettare gli interventi necessari al pieno recupero all’esercizio nel rispetto della Normativa vigente in tema di costruzioni, peraltro, in zona sismica. Una volta acquisita la certezza di poter intervenire mediante un’opportuna campagna di indagini in sito e in laboratorio, la soluzione progettuale adottata per adeguare sismicamente l’opera d’arte è stata praticamente imposta dalla sua rilevanza strategica ai fini dei collegamenti viari della città di Potenza.

Il citato adeguamento è stato raggiunto provvedendo a:

  • ridurre le masse in gioco attraverso un alleggerimento sostanziale dell’impalcato;
  • abbattere le caratteristiche della sollecitazione agenti su pile, spalle e fondazioni introducendo dei dispositivi di isolamento sismico allo scopo di incrementare il periodo proprio della struttura e la sua capacità dissipativa;
  • dimensionare gli interventi di riparazione e consolidamento nel rispetto dei vincoli dettati dal contesto urbano in cui il ponte risulta inserito, dal budget a disposizione e dalla funzionalità dell’opera.

Nel seguito vengono esposte, dopo una breve descrizione delle indagini strutturali svolte, le attività previste in fase progettuale ai fini dell’adeguamento antisismico dell’opera comprensive della demolizione dell’impalcato esistente e della sua sostituzione con una struttura mista acciaio-calcestruzzo nonché degli interventi sia sulle fondazioni che sull’elevazione (pile e pulvini).

 

 

Veduta aerea della collocazione urbana in cui è inserito il ponte

La costruzione del ponte di Montereale (1936 – foto di Gaetano D’Aiuto)

Vista di assieme

 

 

 

 

 

 

Le indagini in elevazione

Le indagini in elevazione

 

 

 

 

 

La corrosione delle armature di soletta e travi

 

 

 

 

 

 

 

Il nuovo ponte

 

 

La vista dell’intradosso dell’impalcato

 

 

Un dettaglio degli appoggi

Un particolare della campata

Descrizione dell’opera

Il viadotto in parola è del tipo a travata a sezione aperta con otto campate da 15 m ciascuna, semplicemente appoggiate su spalle e pile in c.a. per una lunghezza complessiva di 120 m, e unisce Corso Umberto I con il Parco di Montereale. Il tracciato stradale è rettilineo con andamento altimetrico orizzontale. L’opera manifesta evidenti segni di deterioramento, nonostante i vari interventi di ripristino che si sono susseguiti nel corso della vita del ponte: questi sono consistiti essenzialmente nell’applicazione su tutti gli elementi strutturali di calastrellature in profili di acciaio, rete elettrosaldata e successivo spritz-beton.

La campagna di indagini e lo stato di danno

Le indagini e le prove strumentali sono state condotte con lo scopo di quantificare lo stato di danno patito dal viadotto e di valutarne gli effetti sulle reali riserve di resistenza dei vari elementi strutturali per individuare una strategia di intervento di riparazione, consolidamento e, se perseguibile, di adeguamento alla vigente Normativa in tema di costruzioni in zona sismica. Nell’ambito delle attività programmate per la verifica delle strutture dell’opera d’arte, sono state eseguite sperimentazioni per il controllo a campione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo e dell’acciaio in opera, prove non distruttive e saggi diretti per il rilievo della geometria delle armature metalliche e prove di carico sugli impalcati. Sono stati, altresì, condotti saggi in fondazione e prospezioni geognostiche, in particolare tomografie elettriche, per un corretto inquadramento dell’opera in termini di interazione con il terreno di fondazione. Lo stato di danno sugli elementi strutturali indagati è risultato chiaramente di notevole entità e gravità alla luce dei rilievi, degli accertamenti in sito, dei risultati delle prove condotte sui materiali e sulle membrature nonché delle valutazioni numeriche effettuate. Tuttavia, le caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali costituenti le pile sono risultate compatibili con il ripristino delle resistenze e, quindi, con la riparazione e il consolidamento dell’opera d’arte scongiurandone la completa demolizione.

   

Il progetto

La struttura, oltre a rivestire un ruolo funzionale per il centro storico della città di Potenza, costituisce anche un segno architettonico peculiare per la stessa. L’impossibilità, alla luce delle risultanze delle indagini, di procedere al pieno recupero degli impalcati costituenti il viadotto, ha fatto propendere per la demolizione e la ricostruzione degli stessi, il consolidamento delle strutture verticali  e delle relative fondazioni. La circostanza appena descritta ha, peraltro, spinto chi scrive a progettare i nuovi impalcati non già in c.a. ma, piuttosto, realizzati con una struttura mista acciaio-calcestruzzo il cui peso proprio risultasse di gran lunga inferiore a quello esistente; la citata riduzione dei carichi permanenti è stata ottenuta non solo prevedendo l’utilizzo di un calcestruzzo leggero strutturale per la soletta di impalcato, che va a compensare l’incremento di peso conseguente all’adozione di una sezione trasversale della soletta maggiore, ma anche adottando un numero ridotto di nervature costituite tra l’altro da travature reticolari in acciaio a sezione variabile.

Al fine di contenere le sollecitazioni indotte dal sisma sulle pile a telaio e le relative fondazioni è stata scelta la soluzione di isolare gli impalcati introducendo in testa alle pile dispositivi elastomerici a elevato smorzamento. Altra scelta progettuale di fondamentale importanza nel contenimento sia delle sollecitazioni che degli spostamenti è stata quella di modificare l’originario schema statico della struttura; infatti, alla primitiva successione di impalcati semplicemente appoggiati sulle pile, si è sostituita una struttura continua sulle stesse che – grazie alla sua iperstaticità – livellasse appunto le caratteristiche della sollecitazione e della deformazione che, come sarà meglio dettagliato nel prosieguo, la definizione di un’opportuna sequenza di fasi costruttive ha permesso di limitare ulteriormente.

L’impalcato

Come sopra accennato, è prevista la demolizione dell’impalcato esistente in c.a.o. e la sua ricostruzione mediante una struttura mista in acciaio-calcestruzzo con schema strutturale a trave continua su otto campate, per una luce complessiva dell’opera di 120,00 m. Ciascuna campata risulta costituita da tre nervature di altezza variabile. L’impalcato presenta una larghezza complessiva di 8,60 m con interasse delle travi pari a 2,90 m e con sbalzi laterali di 1,40 m. La soletta, prevista in calcestruzzo alleggerito strutturale e collaborante con le sottostanti nervature in acciaio, ha uno spessore di 0,22 m. La singola nervatura è realizzata da una trave reticolare il cui corrente inferiore è un profilo composto saldato a sezione scatolare ad asse curvilineo, collegato mediante aste di parete al corrente superiore costituito da una trave in acciaio a spessore collaborante con la soletta di impalcato; le aste di parete verticali, saldate ai due correnti, sono realizzate da scatolari di dimensione 200x100x12,5 mm posti a interasse di 1,50 m, mentre quelle inclinate da due lamiere accoppiate irrigidite da fazzoletti di collegamento trasversale.

I montanti verticali delle travature reticolari in corrispondenza degli appoggi, per esigenze di natura costruttiva legate al loro montaggio in fasi successive, sono realizzati con due UPN200 accoppiati mediante bullonatura in opera. La struttura dell’impalcato è completata, in corrispondenza di ciascun appoggio, da traversi di testata realizzati mediante una travatura reticolare a V collaborante con la soletta di impalcato; quest’ultima, in campata, è stata opportunamente irrigidita con l’inserimento di nervature a spessore al fine di garantire una più efficace ripartizione trasversale dei carichi. Il collegamento tra le nervature di ciascuna campata con quelle corrispondenti delle adiacenti è previsto che avvenga mediante bullonatura a elementi tronco-piramidali in acciaio disposti in asse alle pile e a cui si collegano, peraltro, i previsti dispostivi di isolamento sismico. Infine, è stata prevista la precompressione della soletta di impalcato nelle zone a cavallo di ciascuna pila mediante trefoli viplati in acciaio armonico per fronteggiare gli elevati valori delle sollecitazioni flettenti negative conseguenti alla continuità strutturale dell’impalcato.

Le pile

Al fine di salvaguardare le pile e di ripristinarne la capacità resistente assicurandone in ogni caso un comportamento elastico durante l’azione sismica, sono state previste una serie di lavorazioni per il loro consolidamento e rinforzo a partire dalla rimozione della crosta di spritz-beton e della calastrellatura esistenti fino alla messa in opera delle armature aggiuntive e al getto di betoncino reoplatico a stabilità volumetrica e alta resistenza.

Le fondazioni

La necessità di adeguare le attuali fondazioni dirette delle pile alle nuove azioni tra cui anche quella sismica ha imposto la progettazione di due batterie di micropali sui due lati lunghi di ciascuna di esse in modo da assicurare il trasferimento delle suddette azioni al substrato più profondo del terreno di sedime dotato di migliori caratteristiche rispetto a quello superficiale. La solidarizzazione dei micropali alle fondazioni avverrà attraverso la realizzazione di nuovi cordoli in c.a. da collegare alla trave esistente mediante l’inghisaggio di barre in fori con malta a stabilità volumetrica o resina epossidica a seconda dei casi. Una volta realizzati i cordoli in c.a., attesa la maturazione dei getti, i micropali saranno presollecitati per mettere in esercizio la nuova fondazione così modificata evitando i normali assestamenti della stessa necessari a mobilitare le resistenze aggiuntive richieste.

Le spalle

È da segnalarsi come la prevista continuità per la struttura dell’impalcato in uno con l’inserimento degli isolatori elastomerici abbia permesso una considerevole riduzione delle azioni orizzontali indotte dai carichi accidentali sulle due spalle; queste saranno quindi sollecitate essenzialmente da azioni verticali limitate anche grazie alla già citata riduzione del peso complessivo dell’impalcato.

La modellazione strutturale

Per la determinazione delle caratteristiche della sollecitazione e della deformazione nei vari elementi della struttura si è fatto ricorso a un modello elastico-lineare spaziale agli elementi finiti implementato sul software di calcolo Midas Civil e costituito da elementi monodimensionali tipo frame a massa distribuita le cui caratteristiche meccaniche e dimensionali fossero in accordo con le proprietà dei materiali adottati e con la geometria delle sezioni degli elementi stessi. In dettaglio, le nervature di ciascuna campata, sia quelle reticolari longitudinali che le trasversali di irrigidimento, sono state modellate come elementi a sezione mista acciaio-calcestruzzo considerando opportune fasce di soletta collaborante. La modellazione degli elementi strutturali che compongono ogni singola pila (ritti, traverso, pulvino) è stata eseguita considerando la collaborazione fra la parte esistente di nucleo interno in c.a. degli stessi, con ridotte caratteristiche meccaniche (dedotte dai risultati delle indagini diagnostiche), e quella corticale di ripristino composta da betoncino superfluido ad alta resistenza e stabilità volumetrica. Per essere il nuovo impalcato, come sopra descritto, previsto con un sistema misto acciaio-calcestruzzo è stato necessario tener conto, tra l’altro, anche degli effetti dovuti ai fenomeni reologici (creep e ritiro); quest’ultimi sono stati considerati definendo le due funzioni di viscosità e ritiro in modo da rappresentare adeguatamente il comportamento nel tempo della soletta superiore in calcestruzzo. Il modello ingloba anche i cavi monotrefolo viplati necessari alla precompressione della soletta di impalcato disposti nella posizione di progetto.

Inoltre, gli isolatori elastomerici sono stati schematizzati mediante link associando ad essi le caratteristiche proprie del dispositivo adottato. Infine, l’interazione terreno-struttura nel modello globale è stata considerata modellando la nuova zattera di fondazione unitamente alle due batterie di micropali del diametro di 250; questi ultimi sono stati schematizzati per mezzo di elementi finiti ciascuno vincolato con springs dotate di rigidezze verticali e orizzontali variabili con la profondità concordemente con quanto emerso dalle indagini geologico-geotecniche. Per ciò che attiene all’individuazione delle massime sollecitazioni e deformazioni nei vari elementi strutturali, è stata utilizzata la funzione Moving Load del software Midas Civil per individuare le combinazioni di condizioni di carico mobile più gravose, sia in direzione longitudinale che trasversale.

Le fasi costruttive

Il modello, opportunamente calibrato e validato, schematizza anche le fasi costruttive in modo da garantire il completo controllo dell’evoluzione dello stato tenso-deformativo durante la realizzazione della struttura. Al fine di contenere l’entità sia delle sollecitazioni che delle deformazioni dovute ai carichi permanenti si è proceduto alla definizione di una opportuna sequenza di montaggio della struttura metallica del nuovo impalcato così come dell’esecuzione dei getti del calcestruzzo alleggerito della soletta e degli altri carichi fissi.

Analisi, risultati e verifiche

Il calcolo strutturale è stato condotto svolgendo, nel pieno rispetto della Normativa vigente in tema di costruzioni in zona sismica, un’analisi dinamica modale considerando non solo il sisma (attraverso la Response Spectrum Analysis) ma anche l’azione dei carichi di esercizio (carichi mobili, vento, temperatura ecc.), unitamente a combinazioni di condizioni di carico dettate dal particolare utilizzo dell’opera d’arte come area di parcheggio. Le frequenze calcolate evidenziano come i primi modi di vibrare siano puramente traslazionali lungo le due direzioni orizzontali con valore del periodo del primo modo di vibrare pari a 1,753 s. La soluzione progettuale adottata ha permesso di ottenere valori di sollecitazione, derivanti dalle combinazioni di carico, notevolmente ridotti rispetto ad altre soluzioni progettuali, comunque analizzate; in special modo, alla base dei ritti delle pile e sugli elementi di acciaio delle nervature di impalcato detti valori sono risultati ampiamente inferiori a quelli limite.

Vale evidenziare come la progettazione del consolidamento e rinforzo delle pile sia stata condotta in modo tale che sotto l’azione sismica allo SLV non si sviluppino fenomeni dissipativi rilevanti negli stessi elementi, garantendo un comportamento prettamente elastico. Infine, sono stati affrontati due aspetti particolarmente delicati ai fini della sicurezza strutturale.

Conclusioni

La valenza strategica del ponte di Montereale nel sistema viario della città di Potenza e la sua importanza come elemento di vero e proprio arredo urbano hanno reso oltremodo necessario provvedere non solo al mero consolidamento dell’opera d’arte ma soprattutto prevederne l’adeguamento antisismico senza, peraltro, prescindere dal suo valore intrinseco.

combinazioni di carico, notevolmente ridotti rispetto ad altre soluzioni progettuali, comunque analizzate; in special modo, alla base dei ritti delle pile e sugli elementi di acciaio delle nervature di impalcato detti valori sono risultati ampiamente inferiori a quelli limite.

Vale evidenziare come la progettazione del consolidamento e rinforzo delle pile sia stata condotta in modo tale che sotto l’azione sismica allo SLV non si sviluppino fenomeni dissipativi rilevanti negli stessi elementi, garantendo un comportamento prettamente elastico. Infine, sono stati affrontati due aspetti particolarmente delicati ai fini della sicurezza strutturale.

Conclusioni

La valenza strategica del ponte di Montereale nel sistema viario della città di Potenza e la sua importanza come elemento di vero e proprio arredo urbano hanno reso oltremodo necessario provvedere non solo al mero consolidamento dell’opera d’arte ma soprattutto prevederne l’adeguamento antisismico senza, peraltro, prescindere dal suo valore intrinseco.

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Sull' Autore

Quotidiano Online Iscrizione al Tribunale di Potenza N. 7/2011 dir.resp.: Rocco Rosa
Online dal 22 Gennaio 2016
Con alcuni miei amici, tutti rigorosamente distanti dall’agone politico, ho deciso di far rivivere il giornale on line ” talenti lucani”, una iniziativa che a me sta a molto a cuore perchè ha tre scopi : rafforzare il peso dell’opinione pubblica, dare una vetrina ai giovani lucani che non riescono a veicolare la propria creatività e , terzo,fare un laboratorio di giornalismo on line.


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