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Nuovi dati e procedure per progettare nuovi ponti sostenibili e riqualificare quelli esistenti

I metodi per la riparazione e il rafforzamento dei ponti sono costosi e richiedono molto tempo, causando significative perdite socioeconomiche. Un’iniziativa dell’UE ha preso in esame le necessità degli ingegneri e dei proprietari di ponti di disporre di tecniche più efficienti e meno distruttive per riparare, rinforzare e preservare i ponti.

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La frequenza e il costo della riparazione dei ponti in Europa sono aumentati in modo significativo a causa del carico di traffico più elevato rispetto a quello atteso durante la progettazione iniziale, delle difficili condizioni ambientali, dell’uso di sali disgelanti, della cattiva qualità del materiale edile e della limitata manutenzione.

Nuovi metodi per progettare e riqualificare i ponti compositi in acciaio-calcestruzzo

Il post-tensionamento esterno è un robusto metodo di riqualificazione riconosciuto, impiegato per ristrutturare ponti esistenti e costruirne di nuovi. «Per sfruttare i vantaggi delle proprietà non corrosive e della forza elevata, per i tiranti esterni vengono impiegati sempre più spesso materiali compositi polimerici fibrorinforzati (FRP) al posto dell’acciaio tradizionale», spiega Theodore Karavasilis, il coordinatore del progetto TimePresCompBridge, finanziato dall’UE. I tiranti sono cavi o fili in acciaio usati in elementi strutturali in calcestruzzo precompresso, quali le travi. La ricerca disponibile attualmente sui ponti compositi in acciaio-calcestruzzo precompresso esternamente si è concentrata sul carico imposto per un periodo limitato. Questa ricerca è stata intrapresa con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie. «Tuttavia, l’inevitabile perdita di prestazioni a lungo termine da parte dei ponti compositi precompressi è una preoccupazione primaria nella pratica, specialmente quando vengono usati tiranti in FRP», osserva Karavasilis. Il calcestruzzo precompresso è un tipo di calcestruzzo impiegato nell’edilizia, sottoposto a considerevole compressione in fase di produzione con l’obiettivo di rafforzarlo.

Valutare l’efficacia dei tiranti esterni in FRP

I partner del progetto hanno sviluppato una solida tecnica di analisi e progettazione per ponti compositi in acciaio-calcestruzzo, precompresso con tiranti esterni in FRP. Hanno valutato le prestazioni flessionali e quantificato i momenti di secondo ordine in travi a doppia campata composte in acciaio-calcestruzzo precompresso. Un’analisi numerica parametrica ha preso in esame l’efficacia del rafforzamento di una trave continua composta in acciaio-calcestruzzo con tiranti esterni con aree di sezione trasversale differenti. Inoltre, TimePresCompBridge ha analizzato momenti di secondo ordine in travi composte continue precompresse con diverse disposizioni dei tiranti, sottoposte a carichi simmetrici e non simmetrici. I risultati indicano che la precompressione esterna non solo aumenta significativamente la capacità di supporto del carico massimo, ma migliora inoltre la capacità di ridistribuzione del momento delle travi continue composte in acciaio-calcestruzzo. Inoltre, l’analisi mostra che rilevanti momenti di secondo ordine sono presenti in travi composte continue precompresse per tutta la storia del carico. «Di conseguenza, è necessario considerare i momenti di secondo ordine nella progettazione della forza di queste tipologie di ponti», osserva Karavasilis. I ricercatori hanno valutato l’utilizzo di tiranti esterni in FRP al posto di quelli in acciaio per travi di precompressione composte in acciaio-calcestruzzo e hanno condotto delle simulazioni numeriche su travi composte precompresse a campata singola e doppia. In particolare, tiranti in polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), tiranti in polimeri rinforzati con fibre aramidiche (AFRP) e tiranti di precompressione in acciaio convenzionali sono stati comparati per livelli di precompressione dallo 0 % al 60 %. «I risultati dimostrano che il comportamento delle travi in CFRP e dei tiranti in acciaio è simile, mentre i tiranti in AFRP portano a un carico massimo più basso e a una capacità di deformazione più alta», aggiunge Karavasilis. «TimePresCompBridge ha risposto all’esigenza di progettare nuovi ponti che siano più economici, che impieghino una minore quantità di materiale e che abbiano una durata maggiore, e alla necessità di riqualificare e conservare i nostri ponti con un’interruzione minima del traffico e delle attività economiche», conclude Karavasilis. In seguito al progetto, il consorzio sta attualmente valutando la competitività di ponti compositi in acciaio-calcestruzzo precompresso con tiranti esterni in FRP in contesti reali, prendendo in considerazione sia le prestazioni strutturali che i costi.

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