Stima della resistenza a compressione del calcestruzzo in ponti storici in funzione dell'anno di costruzione

Alessandro P. Fantilli - Politecnico di Torino Bernardino Chiaia - Politecnico di Torino Erik Ferraro - Provincia di Cuneo 23/10/2018 2802

Le comuni valutazioni della resistenza strutturale di manufatti esistenti si basano su procedure di analisi che richiedono l’inserimento dei parametri meccanici dei materiali costituenti, tra cui la resistenza a compressione del calcestruzzo [1]. Questa viene usualmente valutata con prove distruttive (carotaggi) e/o non distruttive (ultrasuoni, pull-out, ecc.), che richiedono l’accesso diretto alla struttura da analizzare e sono in genere onerose.

In molti casi si ha la necessità di effettuare una stima di massima della resistenza a compressione, propedeutica a successive indagini e analisi, senza la possibilità di eseguire prove. Ciò accade sempre più spesso nei ponti cosiddetti “storici” delle infrastrutture viarie, alcuni dei quali risalgono addirittura agli inizi del secolo scorso.

L’introduzione di un modello di predizione della resistenza a compressione del calcestruzzo permette di valutare i limiti d’impiego di tali ponti, senza dover interrompere il traffico stradale per l’esecuzione delle prove di caratterizzazione. Ciò migliora anche l’efficacia delle valutazioni speditive, conferendo loro inferenze statistiche ben più robuste, utilizzate per individuare le priorità degli interventi necessari a mitigare i rischi connessi all’esercizio prolungato delle strutture esistenti [2]. 

La stima della resistenza a compressione del calcestruzzo 

La stima della resistenza a compressione del calcestruzzo di una struttura in c.a. esistente può essere eseguita con il modello proposto da Fantilli et al. [3]. Con tale approccio, si può stimare la resistenza a compressione del calcestruzzo in funzione dell’anno di realizzazione del manufatto, facendo uso delle curve resistenza-età illustrate in Fig.1. Tale figura mostra la distribuzione dei valori medi della resistenza cubica Rc, misurati in circa 100 anni di prove di certificazione dei calcestruzzi strutturali, e dei relativi frattili 5%, 25%, 75% e 95%.

Tali curve sono state ottenute a partire dalle prove di compressione su provini di forma cubica di differenti annate, eseguite presso il Politecnico di Torino. A titolo di esempio, in Fig.2 si riporta la distribuzione delle resistenze cubiche a compressione dei calcestruzzi messi in opera nell’anno 1955. 

Frattili della resistenza a compressione del calcestruzzo in funzione dell’età del getto

Figura 1 – Frattili della resistenza a compressione del calcestruzzo in funzione dell’età del getto

densita-di-probabilita-della-resistenza-cubica.jpg

Figura 2 – Densità di probabilità della resistenza cubica a compressione - Anno 1955

I casi studio

Nel seguito sono riportati i risultati di prove di compressione monoassiale eseguite su provini di calcestruzzo estratti da due ponti realizzati nel secolo scorso. Si tratta del ponte di Cardè e del viadotto di S. Stefano Belbo, che appartengono al patrimonio infrastrutturale della Provincia di Cuneo.

Il ponte di Cardè

Il ponte è sito sulla SP 29 (Vedi Fig.3), tronco Diramazione Cardè (bv. SP 29 per Villafranca) – Saluzzo (bv. SS 589) al km 5+500, nel Comune di Cardè (CN). Il manufatto fu progettato dagli Ingegneri Giay Fratelli di Torino secondo i criteri del sistema Hennebique, e fu costruito nel 1914. La struttura portante dell’impalcato, delle pile e delle spalle è composta da elementi in calcestruzzo armato gettato in opera.

foto del Ponte di Cardè (CN)

Figura 3 – Una foto del Ponte di Cardè (CN)

Le campate di riva hanno una luce pari a 26 m, con una freccia di 2.60, m mentre la campata centrale ha una luce pari a 32 m con una freccia di 3 m. L’incastro sulla spalla è garantito dalle armature dell’impalcato che si prolungano tramite setti fino alle fondazioni. L’incastro sulle pile è garantito dalla continuità degli archi e dalle armature che collegano l’impalcato alla pila.

La larghezza originaria del ponte era di 6.20 m, quella della carreggiata di 4.50 m e i marciapiedi a sbalzo avevano larghezza di 0.85 m. A seguito di recenti ristrutturazioni, la larghezza finale del ponte risulta ora di 6.70 m, comprensiva della larghezza della carreggiata (rimasta invariata) e di quella dei due marciapiedi a sbalzo (portata a 1.10 m).

Nell’ambito di alcuni interventi di ripristino della struttura del ponte da parte della Provincia di Cuneo, sono state eseguite alcune campagne di indagini in sito e in laboratorio. È stata anche valutata la resistenza a compressione con prove distruttive su carote di calcestruzzo. Riportati nel modello di resistenza-età del calcestruzzo (Fig.4), i valori medi e gli intervalli di variazione ottenuti con le prove distruttive mettono in evidenza l’ottima qualità del calcestruzzo in opera. Nel caso della pila (Fig.4a), il valore medio è compreso tra la curva frattile 75% e quella 95%, mentre nella soletta (Fig.4b) il calcestruzzo presenta valore medio della resistenza ben al di sopra della curva frattile 95%.

I risultati dei test condotti sul ponte di Cardè a confronto con le curve di resistenza-età del calcestruzzo: a) carote estratte dalle pile; b) carote estratte dall’impalcato

Figura 4 – I risultati dei test condotti sul ponte di Cardè a confronto con le curve di resistenza-età del calcestruzzo: a) carote estratte dalle pile; b) carote estratte dall’impalcato

...continua la lettura nel pdf