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Il rinforzo strutturale del viadotto Colle Isarco

L’incremento del coefficiente di sicurezza dell’impalcato mediante il consolidamento strutturale delle travate a cassone tipo “Niagara” per mezzo di cavi integrativi di precompressione

Il viadotto Colle Isarco è l’opera d’arte più rilevante lungo il tratto alpino dell’Autostrada del Brennero (A22). Il ruolo strategico ricoperto unitamente alle eccezionali caratteristiche geometriche, già menzionate nel precedente articolo pubblicato sul fascicolo n° 107 Settembre/Ottobre 2014 (si veda anche http://online.stradeeautostrade.it/infrastrutture/ponti-e-viadotti/2014-10-06/rinforzo-strutturale-dell-impalcato-del-viadotto-colle-isarco-4988/), la rende una tra le costruzioni tecnicamente più complesse a livello internazionale.

Le caratteristiche dell’opera

Il viadotto si articola in 13 campate per una lunghezza complessiva 1.028 m. I due impalcati formati da travi a cassone a sezione variabile hanno la particolarità di essere stati realizzati mediante un avanzamento a sbalzo con conci gettati in opera. La precompressione è stata applicata per fasi successive con l’utilizzo di barre Dywidag post-tese. Il sistema costruttivo scelto, se da un lato ha consentito di raggiungere le rilevanti luci dell’opera, dall’altro ha avuto come conseguenza il continuo manifestarsi di deformazioni viscose.

  • La modellazione ANSYS dell’impalcato
    La modellazione ANSYS dell’impalcato
    La modellazione ANSYS dell’impalcato
  • Il modello MATLAB vs. ANSYS: la deformata elastica con costruzione per conci (peso proprio)
    Il modello MATLAB vs. ANSYS: la deformata elastica con costruzione per conci (peso proprio)
    Il modello MATLAB vs. ANSYS: la deformata elastica con costruzione per conci (peso proprio)
  • L’evoluzione tensionale nelle barre (cavo 26) dovuta alle perdite per effetto del mutuo
    L’evoluzione tensionale nelle barre (cavo 26) dovuta alle perdite per effetto del mutuo
    L’evoluzione tensionale nelle barre (cavo 26) dovuta alle perdite per effetto del mutuo
  • Le deflessioni della mensola in funzione della sequenza costruttiva (punto di controllo su mensola – x = +28,75 m)
    Le deflessioni della mensola in funzione della sequenza costruttiva (punto di controllo su mensola – x = +28,75 m)
    Le deflessioni della mensola in funzione della sequenza costruttiva (punto di controllo su mensola – x = +28,75 m)
  • I confronti sulla deformata in relazione alla costruzione per fasi
    I confronti sulla deformata in relazione alla costruzione per fasi
    I confronti sulla deformata in relazione alla costruzione per fasi
  • I modelli di creep a confronto
    I modelli di creep a confronto
    I modelli di creep a confronto
  • La validazione del modello B3 nel confronto tra abbassamenti misurati e calcolati (MATLAB)
    La validazione del modello B3 nel confronto tra abbassamenti misurati e calcolati (MATLAB)
    La validazione del modello B3 nel confronto tra abbassamenti misurati e calcolati (MATLAB)
  • Il caso test per la validazione del modello B3 implementato in ANSYS: l’incremento di deformazione per effetto di un nuovo carico
    Il caso test per la validazione del modello B3 implementato in ANSYS: l’incremento di deformazione per effetto di un nuovo carico
    Il caso test per la validazione del modello B3 implementato in ANSYS: l’incremento di deformazione per effetto di un nuovo carico
  • I diaframmi e i cavi di precompressione esterna
    I diaframmi e i cavi di precompressione esterna
    I diaframmi e i cavi di precompressione esterna
  • I diaframmi e i cavi di precompressione esterna
    I diaframmi e i cavi di precompressione esterna
    I diaframmi e i cavi di precompressione esterna
  • I prismi ottici
    I prismi ottici
    I prismi ottici
  • La stazione topografica
    La stazione topografica
    La stazione topografica
  • La disposizione dei prismi ottici per il rilievo topografico
    La disposizione dei prismi ottici per il rilievo topografico
    La disposizione dei prismi ottici per il rilievo topografico
  • Gli schemi della disposizione trasversale degli automezzi: la configurazione trasversale con due colonne (fasi 3 e 4 Sud - Vipiteno)
    Gli schemi della disposizione trasversale degli automezzi: la configurazione trasversale con due colonne (fasi 3 e 4 Sud - Vipiteno)
    Gli schemi della disposizione trasversale degli automezzi: la configurazione trasversale con due colonne (fasi 3 e 4 Sud - Vipiteno)
  • Gli schemi della disposizione trasversale degli automezzi: la configurazione trasversale con tre colonne (fasi 2, 6 e 7 Sud - Vipiteno)
    Gli schemi della disposizione trasversale degli automezzi: la configurazione trasversale con tre colonne (fasi 2, 6 e 7 Sud - Vipiteno)
    Gli schemi della disposizione trasversale degli automezzi: la configurazione trasversale con tre colonne (fasi 2, 6 e 7 Sud - Vipiteno)
  • La deformata di collaudo Via Nord lato Brennero (verde = atteso, rosso = misurato)
    La deformata di collaudo Via Nord lato Brennero (verde = atteso, rosso = misurato)
    La deformata di collaudo Via Nord lato Brennero (verde = atteso, rosso = misurato)
  • La deformata di collaudo Via Nord lato Vipiteno (verde = atteso, rosso = misurato)
    La deformata di collaudo Via Nord lato Vipiteno (verde = atteso, rosso = misurato)
    La deformata di collaudo Via Nord lato Vipiteno (verde = atteso, rosso = misurato)

Le analisi numeriche del viadotto

Il viadotto Colle Isarco è stato oggetto di studio servendosi di due modelli di calcolo, il primo sviluppato servendosi del codice di calcolo numerico MATLAB; il secondo implementato col software ad elementi finiti ANSYS. Il modello numerico ha permesso di cogliere il comportamento pregresso del viadotto stimando attraverso il Principio dei Lavori Virtuali le deformazioni dell’impalcato dovute alla sequenza costruttiva, agli interventi di manutenzione passati e alle deformazioni differite. La tecnologia costruttiva e la variazione degli schemi vincolari infatti, sono le principali cause del comportamento anomalo manifestato dal viadotto Colle Isarco nel corso dei decenni.

Disponendo di una struttura staticamente determinata in cui la precompressione (originaria e integrativa) è stata introdotta in forma di cavo risultante e la viscosità trattata con modelli non classici, è possibile valutare nell’ipotesi di Eulero-Bernoulli i contributi tensionali e deformativi ai lembi delle solette dovuti alla fase elastica, viscosa e ritiro. La formulazione delle perdite per attrito e rilassamento delle barre di acciaio invece è in accordo con la vigente normativa europea. In analogia al modello numerico, anche in ANSYS è stata implementata la tecnologia costruttiva. La stage construction e la time history dell’impalcato è resa possibile grazie all’utility Birth & Death capability, grazie alla quale è possibile modificare l’inerzia e lo schema vincolare di ogni concio per valutare lo stato tensionale e deformativo di qualsiasi configurazione, sia transitoria che definitiva. In questo modo è possibile considerare gli effettivi tempi di maturazione di tutti i getti in calcestruzzo e cogliere il livello di sforzo in qualsiasi punto della sezione. La presollecitazione applicata all’armatura è stata assegnata come carico termico equivalente per garantire il suo corretto trasferimento alla matrice di calcestruzzo e stimare le perdite differite per effetto mutuo. Il confronto delle analisi elastiche svolte consente di verificare in termini di carico permanente la correttezza delle simulazioni. La deformata dell’impalcato a costruzione ultimata è perfettamente congruente; l’errore percentuale commesso rispetto alla soluzione analitica (P.L.V.) è di solo il 7%.

La costruzione per fasi del viadotto

Gli elaborati grafici risalenti alla contabilità lavori hanno permesso di ricostruire l’esatta sequenza di montaggio dei conci e tesatura delle barre di acciaio. Complessivamente, ogni travata principale è formata da 45 conci di calcestruzzo posttesi tramite 414 barre Dywidag 85/105 da 32 mm. L’impossibilità di tesare simultaneamente le barre all’avvenuta maturazione dei conci ha fatto si che la tensione iniziale nella singola barra sia influenzata dalla deformazione elastica istantanea del calcestruzzo indotta dalla successiva tesatura di quelle adiacenti. La pressollecitazione iniziale di 720 MPa applicata alla testata di tiro viene progressivamente a ridursi fino al completamento dell’ultimo concio.

Un punto di controllo sullo sbalzo laterale da 59 m, dimostra che l’installazione di ogni concio determina un abbassamento dell’impalcato inizialmente recuperato dalla precompressione applicata. La variazione di schema statico, avvenuta dopo 160 giorni dall’inizio dei lavori (LS 60) vede l’installazione di un appoggio intermedio provvisorio a 50 m dalla pila centrale per compensare l’eccessivo squilibrio di momento flettente tra la campata centrale e lo sbalzo. Questa soluzione ha permesso di recuperare un’aliquota significativa di abbassamento registrato fino ad allora. Il secondo salto si è presentato una volta raggiunta la pila adiacente, quando è avvenuta la contemporanea rimozione del vincolo provvisorio a garanzia del mantenimento dello schema isostatico. Quello che è emerso è una differenza a livello deformativo rispetto alle precedenti analisi condotte a struttura ultimata. Il dato significativo registrato sulla sella Gerber, prima del varo della trave tampone, riguarda una differenza di freccia dell’ordine di 8 cm, passando da 34,7 cm a 26,8 cm. Questo effetto si ripercuote sugli abbassamenti derivanti dalle fasi successive di lavorazione.