Rinforzo di ponti a travata in c.a.p. mediante strutture ad arco in acciaio ottimizzate = Optimal strengthening system design by steel truss arches in prestressed girder bridges

Una rilevante frazione dei ponti presenti nelle infrastrutture viarie italiane è stata realizzata in concomitanza del periodo di forte sviluppo economico compreso fra gli anni ‘50 e ‘70 del secolo scorso. Le tecnologie più utilizzate sono state certamente il cemento armato ed il cemento armato precompresso. Il progressivo sviluppo di fenomeni di degrado, l’aumento dei carichi e dei volumi di traffico, l’approssimarsi al termine della vita di servizio per cui erano state progettate richiedono una attenta valutazione dei livelli di sicurezza e funzionalità attuali. In caso di valutazioni non soddisfacenti i gestori delle opere devono provvedere alla progettazione e realizzazione di interventi di consolidamento per ristabilire adeguati livelli di sicurezza e funzionalità. Una attenta valutazione costi-benefici porta alla scelta del migliore sistema di consolidamento o, in casi limite, alla dismissione dell’opera esistente e sostituzione con una nuova struttura. Il presente lavoro si concentra sulla proposta e sullo studio di un nuovo sistema di consolidamento per travi in c.a.p, da utilizzare nel rinforzo di impalcati a graticcio. Il sistema prevede l’utilizzo di due travature reticolari in acciaio a forma di arco da affiancare ai lati della trave da consolidare. Le travature si svilupperanno longitudinalmente lungo la luce della trave ed in elevazione sfruttando l’altezza disponibile della sezione della stessa. Il sistema di consolidamento sarà dotato di vincoli esterni propri, indipendenti da quelli a servizio dell’elemento preesistente. Nei capitoli introduttivi, 1 e 2, viene richiamata la tecnologia del c.a.p. ed il suo utilizzo nella costruzione di ponti. La trattazione si concentra sui ponti con impalcati a graticcio, illustrandone le caratteristiche principali (luci coperte, materiali, sezioni ecc.). Vengono inoltre illustrate le principali cause che portano all’insorgenza di fenomeni di degrado e le conseguenze che ne derivano. Nel capitolo 3 viene descritta la tecnica della precompressione esterna ed il suo utilizzo nel consolidamento di ponti esistenti, illustrandone vantaggi e svantaggi. Il capitolo 4 mette in evidenza le principali differenze nei comportamenti strutturali di un arco ed una trave, fornendo le prime giustificazioni teoriche che hanno condotto allo studio del sistema di consolidamento proposto. Nei capitoli 5 e 6, attraverso una modellazione agli elementi finiti ed un’analisi parametrica, viene studiata la risposta strutturale del sistema al variare di alcuni parametri significativi quali luce della trave e rapporto monta/luce delle travature ad arco. L’efficienza del sistema, e così la sua variazione al cambiamento dei parametri, viene descritta dal rapporto fra il carico scaricato dal sistema di consolidamento ed il carico totale applicato. Nei capitoli conclusivi, riferendosi ad un caso studio, viene proposto il consolidamento di una trave precompressa con il sistema proposto e con la tecnica della precompressione esterna. Le caratteristiche sezionali delle travature ad arco vengono definite mediante un processo di ottimizzazione strutturale che, avvalendosi di un algoritmo genetico, ricerca la soluzione di massimo sfruttamento dell’acciaio con il minor consumo di materiale. Le soluzioni ottenute hanno infine permesso di effettuare una stima preliminare dell’impegno economico richiesto dall’intervento di consolidamento proposto, rendendo in questo modo possibili valutazioni costi-benefici con altre tecniche.