I materiali compositi FRP

Il ponte di Calafuria, situato lungo la SS n.1 “Aurelia” in provincia di Livorno, è una struttura in calcestruzzo armato gettato in opera , lunga 120 metri, con una campata centrale di 80 metri e quattro laterali di 9 metri, per una larghezza d’impalcato di 10 metri.
Costruito negli anni ’47/’48, sin dalla sua entrata in esercizio ha manifestato inconvenienti connessi essenzialmente all’ambiente di esposizione fortemente aggressivo (classe 4a “ambiente marino senza gelo” delle norme UNI 9858) ed al comportamento dell’organismo strutturale.
Nel corso degli anni sono stati quindi eseguiti altri interventi di ripristino per l’eliminazione dei degradi e dei dissesti connessi al fenomeno corrosione-fessurazione e per il consolidamento dei singoli elementi strutturali, che però non hanno risolto il problema della carbonatazione e microfessuraziobne del calcestruzzo, dovuto alla presenza di cloruri e di solfati.

Gli interventi di consolidamento eseguiti
Gli interventi di consolidamento eseguiti nel tempo anche se hanno comportato un notevole incremento delle sezioni resistenti, non hanno però garantito, a causa della scarsa adesione al supporto cementizio originario delle malte (gunite) e dei betoncini in conglomerato cementizio tradizionali impiegati, la monoliticità tra i rivestimenti armati e gli elementi strutturali consolidati, comportando peraltro un importante aumento del peso proprio della struttura.
Nel contempo, il notevole incremento statico e dinamico del carico veicolare (transito di mezzi pesanti ad elevata velocità) ha determinato la comparsa di fessurazione nei suddetti rivestimenti, non efficacemente aggrappati al supporto, consentendo all’ambiente fortemente aggressivo di continuare la sua azione ossidante sia sulle barre di armatura originarie, che su quelle applicate negli interventi di consolidamento.
Considerato il grave stato di degrado del manufatto e tenendo conto dei risultati dei precedenti interventi l’Ente Appaltante (ANAS), sulla base di una valutazione costi/benefici, ha progettato un intervento di “restauro statico” (Circ. Min. LL.PP. n. 34233 del 25.0.02.1991), prevedendo l’esecuzione di tutti quegli interventi necessari al ripristino della capacità portante originaria del ponte sotto l’azione dei carichi stabiliti dalla Circolare n. 384 del 14.02.1962.
Il progetto e l’esecuzione del ripristino e del rinforzo, basati sull’impiego di malte premiscelate, si sono articolati nelle seguenti fasi:
– asportazione del calcestruzzo degradato;
– pulizia delle barre d’armatura e passivazione con inibitore di corrosione;
– posizionamento di armature strutturali aggiuntive;
– pulizia del calcestruzzo;
– applicazione della malta da rasatura polimero- modificata;
– rinforzo a flessione e per confinamento a compressione con FRP, compositi di natura fibrosa, a base di carbonio ad alta resistenza;
– applicazione del rivestimento protettivo poliuretano elastico.
Al fine di valutare il grado di sicurezza teorico del ponte è stata effettuata una analisi numerica, considerando per i vari elementi strutturali le dimensioni geometriche delle sezioni ripristinate.
Il calcolo delle sollecitazioni è stato eseguito applicando il metodo degli elementi finiti (F.E.M.), inserendo elementi monodimensionali asta (beam) ed elementi bidimensionali ‘plate’ per l’impalcato.
L’analisi statica tenuto conto della simmetria ed emisimmetria dei carichi è stata sviluppata su metà struttura modellando la stessa con 223 nodi nello spazio, 470 elementi tipo ‘beam’ e 90 tipo ‘plate’.
Nelle risoluzione numerica, effettuata utilizzando un solutore SAP, si sono assunti per il conglomerato cementizio originario i parametri fisico meccanici determinati dall’ANAS mediante l’esecuzione di indagini eseguite in situ ed in laboratorio.

Rinforzo delle strutture con FRP
Particolarmente accattivanti per la semplicità e la velocità d’esecuzione, gli interventi con materiali FRP non possono prescindere da una attenta progettazione, dall’uso di materiali con prestazioni chiaramente dichiarate e da una accurata applicazione.
La progettazione con prodotti MBrace può contare su una vasta serie di dati sperimentali e sulla conformità alla Normativa ACI 440.
I prodotti della linea MBrace sono uno strumento affidabile sul tavolo del progettista per risolvere problemi di rinforzo a flessione, taglio e compressione legati a:
• variazione delle condizioni d’esercizio
• degrado dell’armatura
• cambio di destinazione d’uso
• adeguamento sismico
• messa in sicurezza
• presidio alla fessurazione
• errori di progettazione o di esecuzione

Conclusioni
Ai fini del rinforzo di strutture inflesse con elementi resistenti in zona tesa (placcaggio), i sistemi compositi FRP, consentono di sostituire, con materiali estremamente leggeri e facili da porre in opera, la tradizionale tecnica del placcaggio con piastre d’acciaio (beton plaquè), di ridurre nel contempo le deformazioni ai carichi di servizio (aumento di rigidezza), di aumentare la capacità portante, di incrementare la resistenza alla fatica e di limitare e/o coprire gli stati fessurativi (incremento di durabilità).
Ai fini del confinamento di elementi compressi o presso-inflessi mediante tecniche di fasciatura (wrapping), i sistemi compositi FRP conferiscono alle strutture maggiore capacità portante, elevata duttilità contro le sollecitazioni sismiche e maggior resistenza alle sollecitazioni dinamiche ed impulsive. Inoltre essi consentono di dosare la quantità di rinforzo in funzione della prestazione richiesta o dell’andamento delle sollecitazioni, consentono di velocizzare la manutenzione e di ridurne i costi, incrementano la durabilità della struttura proteggendola dall’azione aggressiva dei cloruri e dei cicli di gelo e disgelo.

Scheda tecnica
Il progetto: ANAS Compartimento di Firenze
Impresa: CO.IM spa (Trapani)
Consulenti strutturali: CO.IM. s.p.a.: Ingg. Pasquale Mancuso e Antonio Sorce
Direzione lavori: ANAS Compartimento di Firenze
Controllo sui materiali: Università di Pisa, Laboratorio SIGMA Firenze
I materiali: MAC spa, Treviso

Per ulteriori informazioni
www.degussa-cc.it

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