UDC 624.012.35
Miglioramento dello stato trasportistico-esercizio delle strutture di ponti durante la ricostruzione e la riparazione
Bondarev B.A.¹, Borkov P.V.², Bondarev A.B.³, Kljuykov A.V.⁴
Istituto statale di istruzione superiore «Università tecnica statale di Lipetsk» (LGTU)¹
Istituto statale di istruzione superiore «Università tecnica statale di Lipetsk» (LGTU)²
Dipartimento strade e trasporti della regione di Lipetsk³
Dipartimento strade e trasporti della regione di Lipetsk⁴

Abstract.
Sono presentati i risultati della giustificazione sperimentale dell’applicazione di materiali compositi polimerici efficienti per vari elementi strutturali delle costruzioni di ponti, operanti in condizioni di carichi ciclici. Vengono riportati i dati dei rilievi diagnostici su ponti e sovrappassi. Vengono proposti metodi di riparazione degli elementi sopra indicati mediante materiali compositi polimerici basati su resine furano modificate (FAEIS-30) e composizioni polimeriche del gruppo Silor.

Parole chiave: stato trasportistico-esercizio, materiale composito polimerico, struttura di ponte

Al giorno d’oggi, garantire la durabilità dei calcestruzzi nell’esercizio di infrastrutture di trasporto (gallerie, ponti, sovrappassi e simili) è diventato un problema centrale affrontato durante la progettazione e la costruzione. Nel contempo, nelle strutture in calcestruzzo e cemento armato a causa di una diminuzione dei parametri qualitativi si osserva una intensa formazione di difetti sotto forma di fessure, distacchi, cadute. La durabilità delle strutture in cemento armato delle infrastrutture di trasporto dipende dagli effetti esterni dei vari carichi e dell’ambiente aggressivo circostante. Sotto l’azione dei fattori suddetti, la vita utile reale delle strutture di ponti si riduce significativamente rispetto a quella progettata.

Per stato trasportistico-esercizio (STE) di una struttura di ponte si intende tale suo stato che riflette la conformità della struttura alla sua finalità funzionale in termini di condizioni di traffico, velocità, sicurezza e capacità di traffico. La valutazione dello STE è determinata dal grado di conformità alle norme dei reali condizioni di traffico sulla struttura. Un indicatore dello stato di un elemento di una struttura di ponte che riflette il grado di riduzione delle sue qualità funzionali è l’usura. Per usura si intende il grado di non conformità della costruzione in esercizio ai moderni requisiti (modifica delle funzioni d’uso o principali). A queste funzioni possono essere attribuite: la capacità portante, l’area, lo spessore, la rigidità dell’elemento con danni e difetti.

Si determina l’usura degli elementi dei ponti stradali con le seguenti strutture di impalcato:

  • impalcati prefabbricati in cemento armato, travate nervate (a trave articolata o continua), con armatura ordinaria, costruiti dopo gli anni ’60 secondo progetti tipo «Soyuzdorproekt» (con diaframmi e senza diaframmi);

  • impalcati in cemento armato monolitici, travate nervate, con armatura ordinaria, costruiti negli anni ’50-70 secondo progetti individuali (con diaframmi e senza diaframmi);

  • impalcati prefabbricati in cemento armato nervati (a trave articolata e continua) con armatura precompressa, costruiti negli anni ’60 e negli anni successivi secondo progetti tipo «Soyuzdorproekt».

  • impalcati prefabbricati a piastre in cemento armato di struttura tipo e non tipo;

  • impalcati in cemento armato, a piastre monolitiche, costruiti secondo progetti individuali dopo il 1950;

  • strutture a travata in acciaio-cemento armato con travi laminate in acciaio e piastra in cemento armato (prefabbricata o monolitica), di vari anni di costruzione;

  • strutture a travata in acciaio-cemento armato con travi a parete piena (campate oltre 20 m), in versione articolata e continua, anni vari di costruzione secondo progetti tipo e individuali;

  • sostegni massicci (testate e appoggi intermedi) in calcestruzzo, calcestruzzo di pietrame o pietra su fondazione naturale;

  • sostegni massicci in calcestruzzo o cemento armato su fondazione a pali;

  • sostegni su pali (inclusi i ponti-viadotti su pali), sostegni a montanti, sostegni a pilastro in elementi prefabbricati o prefabbricato-monolitici.

L’usura di ciascuno degli elementi sopra indicati (usura parziale) rappresenta una riduzione della sua capacità portante, determinata mediante calcolo tenendo conto dei difetti registrati durante il rilievo. Nei calcoli si considerano tutti i danni usuali per il cemento armato: modifica della resistenza del calcestruzzo, danneggiamento dello strato protettivo, scheggiature e altre modifiche della geometria della sezione, fessure, corrosione dell’armatura, riduzione della precompressione iniziale, ecc. In assenza della possibilità di determinare mediante calcolo la reale capacità portante degli elementi dell’impalcato, si propone di utilizzare per ciascun elemento tabelle comparativi (classificatorie). In queste tabelle viene data la valutazione della capacità portante (conseguentemente dell’usura) per tipologia, per cui si assume quale segno la gravità del danno dell’elemento, registrato visivamente durante l’ispezione. Nel determinare il grado di usura delle diaframmi in cemento armato degli impalcati si tiene conto inoltre della loro capacità di distribuire fra le travi l’azione esterna. Si deve ritenere che le diaframmi (collegamenti) abbiano raggiunto l’usura limite se manca l’unione di tutti i semidiaframmi per tutta l’altezza. All’usura limite conduce anche lo spostamento dei semidiaframmi superiore a 10 cm, vale-a-dire se tutti i diaframmi dell’impalcato sono spostati di 10 cm o più, si considera che tutti i collegamenti hanno usura limite. Se tutti i semidiaframmi sono spostati di 2-5 cm, l’usura dei collegamenti è del 30%. L’usura dei collegamenti conduce a un cambiamento nello schema trasversale dell’impalcato. In particolare, con usura al 100 % degli impalcati a diaframmi, nel calcolo spaziale non si tiene conto del collegamento tra le travi, e con usura al 50 % o più si considera che tutte le travi sono collegate tra loro in modo articolato sulla piastra. Si considera articolato il collegamento delle travi attraverso le giunzioni longitudinali di monolitizzazione se al contatto dei giunti di calcestruzzo e delle piastre adiacenti vi sono da due lati della giunzione longitudinale fessure su una lunghezza del 50-75%. Se la lunghezza delle fessure supera il 75% della lunghezza della trave, nei calcoli si deve considerare che la forza da una trave all’altra non viene trasmessa.

La costruzione dei trasporti è uno dei settori ad alto consumo di materiali dell’economia nazionale. Fino al 60% del costo ricade sui materiali, inclusi i materiali compositi polimerici di varie finalità funzionali. I successi della chimica nel campo della sintesi dei polimeri aprono possibilità illimitate per la produzione di materiali con proprietà variegate. Molte delle resine sintetiche prodotte hanno buona bagnabilità delle superfici degli aggregati e riempitivi e formano con essi materiali compositi che possiedono alta densità, resistenza chimica, resistenza, durabilità. Il miglioramento dell’affidabilità d’esercizio e dello stato trasportistico-esercizio delle strutture di ponti appare possibile da realizzare mediante l’applicazione di materiali compositi polimerici (MCP). In tal modo i ricercatori devono affrontare questioni sull’utilizzo di specifici MCP nelle strutture delle pavimentazioni stradali, nel miglioramento delle proprietà di altri materiali, al fine di creare materiali con nuove proprietà strutturali-meccaniche, nonché per migliorare le proprietà di impermeabilizzazione delle pavimentazioni, protezione degli elementi strutturali dalla corrosione, il recupero e la riparazione degli stessi [6]. Un’esperienza ricca, risultati di numerosi rilievi su ponti e sovrappassi di vari schemi, sistemi, strutture e materiali mostrano in modo convincente che gli elementi della carreggiata sono quelli maggiormente sollecitati, soggetti all’azione di carichi dinamici complessi e locali ripetuti più volte, dell’ambiente esterno (temperatura, acqua, ghiaccio, insolazione ecc.) e dei sali.

La carreggiata è costituita da strutture che servono per il collocamento sul ponte dei veicoli in movimento, del loro scorrimento sicuro e agevole, del transito pedonale e protegge tutte le strutture dall’azione dell’ambiente esterno, vale-a-dire: la piastra della carreggiata, il sistema di impermeabilizzazione – drenaggio, le giunzioni di dilatazione, dispositivi di entrata, la pavimentazione stradale, i marciapiedi e i corrimano, barriere di sicurezza, strutture di illuminazione e rete di contatto per trasporto automobilistico, dispositivi per posa e protezione delle comunicazioni ingegneristiche, strutture di distribuzione delle corsie di traffico, segnali stradali [7]. I difetti degli elementi delle strutture della carreggiata di una struttura di ponte sono causati dal fatto che il livello delle sollecitazioni negli elementi a pareti sottili della carreggiata dovuto ai carichi permanenti è assai basso. Di conseguenza, al passaggio sul ponte di carichi variabili e con rivestimento irregolare e urti di singole ruote dei veicoli, negli elementi della pavimentazione, nelle piastre della carreggiata si manifestano regimi di sollecitazione pulsanti unidirezionali, alternati e d’urto, nei quali si accumulano rapidamente danni da fatica e si generano fessure. L’ampia applicazione dei materiali compositi polimerici sopra indicati è ostacolata a causa della scarsa conoscenza delle loro proprietà sotto l’azione di carichi ripetuti e della loro capacità di resistere alla fatica. Sulla base dei principi di miglioramento dell’affidabilità d’esercizio delle strutture di ponti, uno dei parametri principali per l’esercizio sicuro è la durabilità ciclica, che è determinata tenendo conto della valutazione dei fattori pericolosi di produzione che influenzano il materiale delle costruzioni. Sulla base di ciò sono state sviluppate misure per aumentare il livello di affidabilità d’esercizio mediante l’applicazione di materiali compositi polimerici a base di resine modificate e l’impiego di composizioni del tipo «Silor» [8].

I risultati delle ricerche sono stati utilizzati nella realizzazione dei lavori di riparazione del ponte sul fiume Lipovka nella città di Lipetsk in via Nedelina. In base ai dati dei rilievi tecnici di ponti e sovrappassi sono stati individuati i difetti e i danni più pericolosi delle travi principali degli impalcati e dei sostegni. La riparazione degli impalcati e dei sostegni del ponte è stata realizzata mediante l’applicazione delle composizioni polimeriche «Silor». Sono stati proposti metodi di riparazione degli elementi sopra indicati mediante MCP a base di resine furano modificate (FAEIS-30) e composizioni polimeriche del gruppo Silor (Fig. 1, 2).

Fig. 1. Struttura di ponte durante i lavori di riparazione.
Fig. 2. Stato delle strutture dopo l’intervento di riparazione.

Mediante prove di fatica sono stati ottenuti i valori dei limiti di resistenza a fatica degli elementi in cemento cementizio con rivestimento protettivo a base di resine furano modificate e composizioni polimeriche del gruppo «Silor». È stato stabilito che il rivestimento protettivo incrementa il limite di resistenza a fatica del calcestruzzo in compressione dell’8-10%. Viene presentata la giustificazione tecnico-economica dell’applicazione di MCP quale rivestimento protettivo nella realizzazione dell’impermeabilizzazione della carreggiata delle strutture di ponti: l’effetto economico ammonta a 42,6 rubli per 1 m².

Bibliografia
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