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Risamenti strutturali

Pont

i&Vi

adot

ti

L e infrastrutture viarie realizzate ne-gli anni Cinquanta mostrano i se-gni evidenti di degrado per la cor-

rosione delle armature interne. Questesituazioni sono dovute quasi esclusiva-mente ad errori e negligenze in fase dicostruzione dell’opera.

Dettagli importanti come la garanzia di adeguato copriferro, lacompattezza delle superfici di calcestruzzo e la corretta posadelle armature sono stati trascurati e trattati come “inutili” nel-la fase di costruzione. In questa memoria si presenta il caso delponte sul fiume Morto situato sulla S.S. 1 “Aurelia”, in prossi-mità di Pisa, opera recentemente ristrutturata con il Decreto“del Fare” (D.L. 69/2013 del 21 Giugno 2013) voluto dal Go-verno di allora per rimettere in marcia l’economia del Paese.Le metodologie scelte per la riparazione dell’opera coinvolgo-no malte speciali a elevata duttilità e armature non metallicheFiber Reinforced Polymer (si veda articolo a pag. XXX). Nellamemoria si descrivono i benefici dell’intervento di riparazione.

Descrizione dell’operaIl ponte si trova a Nord della città di Pisa; esso è com-posto da una doppia campata simmetrica con sella Ger-ber centrale, a sovrappassare il fiume. Subito dopo èpresente una struttura scatolare trapezoidale in calce-struzzo armato a raccordo con il cavalcavia che so-vrappassa la linea ferroviaria tirrenica Genova-Roma.La prima opera di scavalco del fiume risale agli anni del-la Prima Guerra Mondiale. Verso la fine della SecondaGuerra Mondiale il ponte fu parzialmente distrutto peropera di guastatori; particolarmente pesante fu l’esplo-sione attorno alla pila trapezoidale posta tra la ferroviae il fiume, tanto da spaccarne completamente la strut-tura fondale.Le due pile a cavallo del fiume Morto furono polverizza-te o gravemente lesionate, ma, a quanto risulta dagli at-

ti della perizia del 1945-1946 la struttura fondale non fu com-promessa dall’esplosione.La ricostruzione venne realizzata tra il 1946 e il 1947: fu appro-vata una variante avente per approccio la creazione di una strut-tura di impalcato leggera per evitare sovraccarichi eccessivi sulterreno particolarmente insidioso della pianura pisana, ricco diargille e sabbie imbibite di modesta portanza. Si realizzò cosìl’opera attuale con uno schema a travata Gerber per scavalca-re il fiume Morto, supportata da due stilate sottili spiccanti dalblocco fondale originario. Anche l’asfalto fu ridotto di spesso-re sempre per porre particolare attenzione a non incrementarele masse dell’opera.

Antonio Mazzeo*Andrea Primicerio**

Vittorio Saldutti***Marco Arduini****

Il caso del pontesul fiume MortoIMPIEGO DI MALTE DUTTILI E DI ARMATURA NON METALLICA PER LA RIPARAZIONEE IL RINFORZO DI UN PONTE SULLA S.S. 1 “AURELIA” PRESSO PISA

1A, 1B e 1C. Lo stato dell’opera prima delle operazioni di restauro

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Risamenti strutturali

Sulla campata a scavalco della ferrovia fu adottata una solu-zione particolare. Si riutilizzarono le otto travi metalliche a dop-pio T esistenti trasformando l’altezza da 60 a 100 cm sempli-cemente tagliandole secondo la costola e collegando le dueestremità a T mediante traliccio di angolari a formare una travereticolare. Le travi metalliche così trasformate sono state an-negate in un getto di calcestruzzo a formare una sorta di so-letta nervata.Le fondazioni della pila trapezoidale furono completamente ri-costruite con palificazioni in c.a. e solettone di base nervato sulquale spicca la struttura trapezoidale della pila.Negli archivi ANAS sono stati recuperati alcuni disegni e alcu-ne relazioni della variante del primo dopoguerra.

L’analisi dello stato di fatto e gli obiettividell’interventoDopo circa 70 anni di vita, la struttura del ponte sul fiume Mor-to mostra vari segni di degrado.Le Figure 1A, 1B, 1C, 2A, 2B e 3 riportano alcune viste e deidettagli della situazione prima dell’inizio dei lavori di restauro.Si notano riquadri di soletta con armatura affiorante e distac-chi di calcestruzzo dalle pareti delle travi con messa in luce qua-si ovunque del primo strato di armature principali delle travi.Precedenti interventi di restauro del copriferro presentano am-pie sfogliature e distacchi

L’obiettivo del provvedimento “del Fare” (D.L. 69/2013) ha coin-volto in prima persona gli Uffici ANAS di tutti i Compartimentiitaliani. Diverse opere necessitanti urgenti interventi di ripara-zione e/o rinforzo attendevano già da tempo il via libera dalleAutorità di controllo. Il ponte sul fiume Morto è una di queste:le situazioni di degrado riscontrate erano divenute preoccupantie non si poteva più attendere oltre.Considerato il carattere di manutenzione conservativa dell’o-pera alla consegna dei lavori l’Impresa ha eseguito, come daCapitolato, un’attenta analisi dello stato di dettaglio delle partid’opera conclusasi con la presentazione alla D.L. del progettocostruttivo di dettaglio derivante dall’aver effettuato le seguen-ti indagini:

� carotaggio sulla soletta;� campagna SONREB;� operazioni di demolizione sui cordoli e delle copertine cheimpedivano il controllo degli organi di appoggio;

� serie di prove chimiche per valutare la profondità del degra-do da carbonatazione del calcestruzzo.

Le acquisizioni chimiche e meccaniche hanno mostrato che ilcalcestruzzo impiegato per l’impalcato ha una buona resisten-za a compressione cubica Rck = 35 MPa (a dimostrare che ilmix design operato settanta anni fa fu di tutto rispetto), ma sipresenta molto permeabile e lo spessore del copriferro è limi-tato a 1-2 cm.Purtroppo questa situazione è comune alla gran parte delle in-frastrutture italiane: la mancanza di questi semplici ma basila-ri accorgimenti ha comportato la penetrazione in profondità del-l’acqua, dell’ossigeno e dei sali con la conseguenza che oggile armature metalliche si trovano avvolte da calcestruzzo com-pletamente carbonatato; questa situazione provoca la forma-zione di abbondante ruggine sulle armature, con spacco delcopriferro e incremento della velocità del degrado.

3. Un particolare del profondo degrado nelle selle

4. Il viraggio della carota estratta dalla soletta. I 5 cm inferiorisono completamente carbonatati, mentre la parte superiore simostra ancora sana

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2A e 2B. Dettagli dello stato di degrado delle travi di bordo primadei lavori di restauro

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Precedenti interventi di restauro, incuranti della verifica dellaprofondità del degrado, hanno cercato di porre rimedio appo-nendo una rasatura cementizia protettiva di pochi millimetri dispessore. Questo intervento si è dimostrato inutile e nel giro dipochi anni si è abbondantemente sfogliato.La Statale Aurelia è una arteria importantissima per la rete stra-dale italiana: l’infrastruttura deve essere adeguata con sicurviacon gli standard attuali e la capacità resistente ai carichi stra-dali deve essere mantenuta.L’adeguamento delle barriere implica la presenza di un caricod’urto stradale maggiore, situazione che richiede il ringrosso el’ampliamento leggero del cordolo.Il recupero dell’originaria capacità resistente implica alcune im-portanti scelte progettuali che riguardano la garanzia di dura-bilità dell’opera, la presenza del traffico stradale durante i lavorie la necessità di non aumentare le masse dell’opera, vista laduplice limitazione imposta dalla Normativa vigente e dalla in-dicazioni del progetto originario.I criteri che hanno guidato l’attività di restauro sono, pertanto,i seguenti:� per l’intradosso impalcato:

� applicazione di passivante migrante per aumentare l’imper-meabilità del calcestruzzo originario attorno alle armature

� rifacimento di tutto il copriferro, con impiego di malte com-patte e prestazionali

� placcaggio di tessuti in filo di carbonio ad alto modulo ela-stico CFRP-HM per il recupero ed il rinforzo a flessione ea taglio

� per l’estradosso dell’impalcato:� rimozione della crosta degradata e carbona tata� creazione di fori “radice” per migliorare l’aderenza del ri-pristino

� posa di armatura in rete con potenziamento della stessanella zona di sbalzo

� colaggio di malta duttile (High Performace Fiber Reinfor-ced Concrete) per uno spessore di 8-10cm

� rifacimento del manto stradale con minimo spessore, pernon aumentare la massa complessiva dell’opera

� per le pile:� rimozione del copriferro ed immediato inserimento di staf-fature pre-tesate provvisorie per evitare i fenomeni di in-stabilizzazione dei correnti verticali esposti

� pulitura accurata� posa di protettivo passivante migrante� sabbiatura, pulitura e posa di nuova armatura di acciaiosul perimetro

� casseratura e colaggio di betoncino Self Compacting Con-crete per uno spessore di 7-8cm

I lavori di restauroPer garantire la durabilità dell’intervento e la capacità resistivasono necessarie tre condizioni:� adesione al supporto della malta di ripristino;� adesione tra armatura di rinforzo e malta di ripristino;� compattezza della superficie esterna.La scelta della malta di ripristino gioca un ruolo fondamentalee decisivo per la buona riuscita di un intervento di restauro.In questa particolare situazione, per il rinforzo della soletta lascelta è stata indirizzata sulla malta premiscelata fibrorinforza-ta “duttile” espansiva, anche con stagionatura in aria.Adatta a spessori variabili da 4 fino a 15 cm, questa malta sod-disfa i requisiti di durabilità (elevata compattezza superficiale ecostanza di prodotto), i requisiti di adesione al supporto, gra-zie alla capacità di espansione contrastata entro cassero pereliminare il ritiro a tempo infinito, e quelli di resistenza (elevataresistenza a compressione e, soprattutto, di elevata resistenzaa trazione con spiccato comportamento elasto-hardening).La verifica della duttilità di queste malte viene svolta con pro-ve di flessione su prisma intagliato: si misura il diagramma ca-rico-apertura di lesione tra le labbra dell’intaglio (Figura 7). Alcontrario dei provini di calcestruzzo tradizionale, la formazio-ne della lesione non corrisponde a un’improvvisa rottura delcampione.La presenza di fibre corte nella miscela garantisce la tenutasostanziale del carico fino ad aperture di lesione molto ele-vate. Sul lato pratico ne consegue che questa tipologia di mal-te conserva, anche dopo la formazione di lesioni, una signifi-cativa resistenza a trazione. La malta particolare adottata inquesto intervento ha una “soglia” di pseudo-plasticità in tra-zione intorno a 7 MPa.

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5. Nessun viraggio fino a 6 cm di profondità si osserva nella zonainferiore della trave di bordo prima campata lato Est

6. Il viraggio a 7 cm di profondità sulla pila zona inferiore

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Il progetto del rinforzo a flessione e a taglio con tessuti FRP sisvolge secondo i dettami del CNR DT 200, documento redat-to nel 2005 e riconosciuto dalla Normativa vigente, Testo Uni-co 2008, per il rinforzo di elementi esistenti in calcestruzzo ar-mato o precompresso.Il placcaggio di tessuti FRP è operato nel nostro Paese da cir-ca 15 anni; pur essendo una tecnica rapida e semplice, richie-de il rispetto di tre parametri fondamentali: completa impre-gnazione dei fili, perfetta adesione al supporto, stesa dei fila-menti nelle zone tese con corretto orientamento dei fili. Senzaquesti fondamentali requisiti l’intervento è inutile.Per verificare il rispetto di queste proprietà esistono specificheindicazioni nella Norma CNR DT 200.In primo luogo, è utile scegliere un “sistema di rinforzo tipo A”;questa particolare famiglia di sistemi di rinforzo, così identifi-cati dalla Norma, è soggetta a certificazione esterna per lottodi produzione; il Produttore, inoltre, è tenuto a fornire una cer-tificazione di “sistema”, cioè una serie di dati sperimentali suelementi simili a quello in esame sì da conoscere a priori le rea-li capacità ottenibili sulla struttura, e una serie di strumenti pro-gettuali che validino il progetto in comparazione con i predettiriferimenti sperimentali. Il software di calcolo, fornito dal Pro-duttore selezionato, inoltre, è testato con prove sperimentali ecomparazioni dirette con la Normativa [1] e [2]. Attraverso al-cune schermate di semplice e diretto utilizzo si ottiene la veri-fica finale a flessione per tentativi successivi (Figura 8).

Controlli in corso d’operaL’attività di controllo in corso d’opera è fondamentale per labuona riuscita del rinforzo.Per l’opera in oggetto si sono eseguite prove non distruttive edistruttive durante lo svolgimento dei lavori:Le prove non distruttive eseguite sono:� propagazione superficiale di impulsi ultrasonici all’internodella nuova malta con analisi della forma d’onda;

� propagazione diretta di impulsi ultrasonici all’interno del-l’elemento ringrossato e nell’elemento scarificato primadel ringrosso.

Le prove distruttive eseguite sono:

7. Il comportamento a flessione di provino intagliato: il carico-apertura della fessura alla zona di intaglio

8A, 8B, 8C, 8D e 8E. Le schermate di input e di output per ilprogetto a flessione

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� prove di compressione sui getti di malta duttile e sui getti dibetoncino;

� prove di pull-off di inserti metallici applicati sulla superficieesterna dei tessuti FRP a confinamento;

� prelievo e prova di trazione, con e senza sovrapposizione,dei tessuti FRP impiegati.

Il metodo non distruttivo ultrasonico consiste nell’esame dellavelocità di propagazione, dell’energia dispersa e della forma d’on-da acquisita dalla sonda ricevente su percorsi di propagazionediretti o superficiali.

Con questo test è possibile verificare sia la situazione pre-rin-grosso, sia quella post-ringrosso, ciò al fine di verificare la “bontà”dell’intervento di rinforzo eseguito.L’esame delle forme d’onda, inoltre, permette la stima dellacompattezza del percorso indagato (Figura 9). A parità di ener-gia immessa nella forzante per centimetro di percorso, ondeche presentano forma regolare in ampiezza e intensità sono evi-denza di un materiale compatto, privo di lesioni, omogeneo.Forme d’onda non regolari in ampiezza e in intensità sono sin-tomo di un materiale non omogeneo, lesionato, fratturato. Il di-fetto può essere localizzato all’interfaccia o all’interno del ma-teriale di ringrosso (ad esempio un nido di ghiaia); con una se-rie di percorsi di propagazione è anche possibile individuare laposizione precisa del difetto.Nella situazione pre-ringrosso questa misura è utile per stima-re la resistenza a compressione del materiale esistente, verifi-care l’assenza di lesioni interne e fenomeni di frattura prodottida carichi eccessivi o fenomeni di reattività interna (ad esem-pio la reazione alcali-aggregati). Questa misura, inoltre, rap-presenta la soglia di riferimento: l’intervento successivo di rin-grosso dovrà ottenere una velocità di propagazione dei segna-li maggiore o uguale alla soglia minima del materiale originario.Anche i ringrossi sono stati oggetto di controllo mediante pro-pagazione di onde ultrasoniche per trasparenza tra il betonci-no di ripristino e il calcestruzzo originario, scarificato e ringros-sato secondo le indicazioni del progetto. Lo scopo è quello divalutare la bontà dell’intervento di ripristino analizzando le for-me d’onda registrate sull’oscilloscopio, la velocità di propaga-zione del segnale e l’energia spesa nel percorso attraversato.I test distruttivi della prova di strappo si attuano sia in fase pre-liminare alla stesa del rinforzo FRP, sia durante l’applicazionedello stesso, per assicurare la corretta impregnazione e la per-fetta adesione al supporto. La Figura 10 mostra il risultato del-la prova di adesione ottenuta sul campo prova preliminare. L’ap-plicazione preliminare di “campo prova” viene eseguita dallasquadra di tecnici autorizzata alla posa dell’FRP. Il giudizio del-la adesione è fornito dal valore della tensione di strappo e dal-la modalità di crisi ottenuta.La valutazione dell’impregnazione è ottenuta osservando laeventuale presenza di filamenti liberi di carbonio all’interno delprovino e svolgendo prove di trazione con sovrapposizione.

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10. Le prove di pull-off per verificare l’adesione del sistema FRP

9A, 9B, 9C e 9D.La verifica ultrasonica dopo28 giorni di stagionaturadel ringrosso della colonnalato mare della pila latoNord: il percorso dipropagazione prima delringrosso (9B), il percorsodi propagazione dopo ilringrosso conl’identificazione di undifetto di piccolaestensione (9C) e ilpercorso di propagazionedopo il ringrosso, sano eprivo di difetti (9D)

9A.

9B.

9C.

9D.

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ConclusioniNell’ambito del Decreto del Fare si è dato corso ad un inter-vento di riparazione e rinforzo delle strutture del ponte sul fiu-me Morto sulla S.S. 1, procedendo all’installazione di barrierestradali conformi agli standard H3 della Normativa vigente.L’opera su cui si è intervenuti mostra tutti i segni del degradosuperficiale innescati dalla mancanza di adeguato copriferro eda un mix design del calcestruzzo che comporta sì elevati va-lori di resistenza ma scarsa compattezza superficiale.Per evitare incrementi di peso, non sostenibili dalle fondazioni,si è proceduto con tre differenti tecniche di riparazione:� all’estradosso con impiego di malta duttile in trazione edespansiva nei primi giorni di stagionatura;

� all’intradosso dell’impalcato con rifacimento totale del co-priferro, impiego di passivante migrante e placcaggio di tes-suti in filo di carbonio CFRP-HM;

� sulle pile con il ricorso al rifacimento totale del copriferro eall’impiego di passivante migrante nonché con il ringrossomodesto con betoncini SCC.

La combinazione di queste tecnologie ha permesso di non mo-dificare le dimensioni e la massa dell’opera, apporre materialeresistente, ma inerte all’azione aggressiva dell’ambiente per au-mentare la resistenza a flessione e a taglio della struttura emer-sa grazie alle doti dei materiali impiegati. L’articolo, infine, ha de-scritto alcuni metodi di controllo posti in essere durante la fasedi realizzazione aventi il fine di verificare il rispetto dei tre requi-siti che sono alla base di un intervento di restauro: adesione alsupporto, compattezza superficiale e resistenza meccanica. �

* Capo Compartimento della Toscana di ANAS SpA** Dirigente Tecnico Esercizio e Responsabile delProcedimento per la Toscana di ANAS SpA*** Direttore dei Lavori per la Toscana di ANAS SpA**** Progettista di Co-Force Srl

11. Vista dell’opera completata

RINGRAZIAMENTIGli Autori ringraziano il Sig. Bortone della Igea Appalti Srl, Im-presa Appaltatrice dei lavori, e l’Ing. Andrea Nicoletti di BASFCC per la fornitura dei dati relativi alle miscele duttili.

DATI TECNICIStazione Appaltante:Compartimento della Toscana di ANAS SpAContraente Generale: ANAS SpAPerizia di variante: Ing. M. Arduini di Co-Force SrlCollaudo: Ing. P. Lalli di ANAS SpARUP: Ing. A. Primicerio di ANAS SpADirezione dei Lavori: Arch. V. SalduttiResponsabile Sicurezza: Ing. V. BerneschiEsecutori dei Lavori: Igea Appalti SrlImporto dei lavori: 990.015,12 EuroConsegna (data): 16 Dicembre 2013Ultimazione: 17 Febbraio 2015

[1]. M. Arduini, A. Nanni - “Behavior of precracked RC beams strengthened withcarbon FRP sheets”, Journal of Composites for Construction, ASCE, May 97,vol. 1, n° 2, 1997.

[2]. M. Arduini, A. Nanni, M. Romagnolo - “Performance of one-way reinforcedconcrete slabs with externally-bonded FRP strengthening”, ACI StructuralJournal, May, 2004.

[3]. M. Arduini, M. Romagnolo, G. Camomilla, A. Nanni - “Influence of concretetensile softening on the performance of FRP strengthened RC beams: Expe-riments”, Proceedings 4th International Conference on Advanced Composi-te Materials in Bridges and Structures, Calgary, 2004.

[4]. M. Arduini, A. Nicoletti, P. Corrado - “Il rinforzo con materiali compositi fibro-si FRP”, Maggioli Ed., 2010.

BIBLIOGRAFIA