CORDOLI IN CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO IN SOLETTE

CORDOLI IN CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO IN SOLETTE DA PONTE PER
L’APPLICAZIONE DI BARRIERE ANTIRUMORE
Achille Devitofranceschi1, E. Luzzo2, Alberto Meda3,
Zila Rinaldi3, Francesca Simonelli3, Davide Tironi4
1
Anas s.p.a. – Direzione Progettazione
Autostrade per l’Italia s.p.a.
3
Università degli Studi di “Tor Vergata” Roma
4
CMC Cooperativa Muratori e Cementisti Ravenna
2
SOMMARIO
La possibilità di realizzare cordoli in calcestruzzo fibrorinforzato, senza armature tradizionali, da utilizzare in solette da ponte
esistenti è stata investigata con una serie di prove in scala reale. In particolare, i cordoli studiati sono finalizzati all’applicazione di
barriere antirumore. La soluzione proposta permette di velocizzare la realizzazione dei cordoli e della successiva applicazione di
montanti delle barriere antirumore, con vantaggi non solo economici ma anche legati ad una limitata interruzione del traffico.
Sono stati analizzati due casi studio: il viadotto di attraversamento del torrente Orba presso Novi Ovada e i viadotti esistenti sulla
strada SS 121 Palermo – Lercara Friddi nel territorio compreso fra Bolognetta e Vicari.
In laboratorio sono stati realizzati provini riproducenti parte della soletta esistente dei ponti oggetto dello studio. Successivamente è
stato realizzato il cordolo in calcestruzzo fibrorinforzato, seguendo le fasi reali di cantierizzazione. Dopo l’installazione del
montante, si è provveduto ad applicare un carico orizzontale come prescritto dalle normative, fino al collasso della struttura.
I risultati hanno mostrato l’efficacia della soluzione proposta ed i vantaggi ottenibili rispetto ad una soluzione tradizionale in
calcestruzzo armato.
FRC SUPPORTS FOR SOUND BARRIERS ON BRIDGE SLABS
SUMMARY
The possibility of making side beams in bridge decks with fiber reinforced concrete is investigated herein. Particularly attention is
paid on the reconstruction of side beams in existing bridge decks for the application of anti-noise barriers. The proposed solution
allows speeding up the construction phases, with several advantages related to a reduction of the costs and the traffic interruption.
Two case studies have been investigated: the viaduct over river Orba in Novi Ovada and the existing viaducts on SS 121 Palermo –
Lercara Friddi in the area between Bolognetta and Vicari.
Full scale specimens have been prepared for laboratory tests with the aim of reproducing part of the existing bridge deck. Eventually,
the side beam in fiber reinforced concrete has been cast, simulating all the in situ construction phases. After the installation of the
barrier fixing system, a horizontal load has been applied according to the design codes. The load has been increased up to the system
failure.
The results have shown the effectiveness of the proposed solution and the advantages with respect to a traditional solution in
reinforced concrete.
1.
INTRODUZIONE
La realizzazione di cordoli laterali in solette da ponte
esistenti è una problematica che recentemente è stata oggetto
di analisi e studi non solo dal punto di vista della sicurezza
statica ma anche in relazione ad aspetti economici e
tecnologici. La costruzione di nuovi cordoli laterali o la
sostituzione di cordoli esistenti è spesso legata alla necessità
di installare sistemi di contenimento, quali ad esempio le
barriere di sicurezza o antirumore.
Viene qui presentata una nuova tecnologia per la
realizzazione di cordoli laterali basata sull’utilizzo di
calcestruzzi fibrorinforzati ad elevate prestazioni, in modo da
eliminare l’armatura tradizionale. L’adozione di tale
tecnologia consente di ridurre sensibilmente i tempi di
costruzione, con il primario vantaggio di limitare le
interruzioni al traffico. Una volta preparato il supporto, si
può, infatti, gettare il calcestruzzo rinforzato eliminando i
tempi di posa dell’armatura. Inoltre, grazie alle elevate
resistenze che il calcestruzzo utilizzato sviluppa alle brevi
stagionature, si può procedere all’installazione dei supporti
poche ore dopo il getto. Altro vantaggio, legato all’assenza di
armatura tradizionale, è costituito dalla possibilità di
installare gli ancoraggi dei supporti (dopo le realizzazione
del getto) senza avere interferenze con le barre di armatura.
Al fine di verificare l’efficacia della soluzione proposta,
è stata eseguita una serie di prove sperimentali in dimensioni
reali, simulanti l’azione più gravosa su questo tipo di
struttura, legata allo svio del veicolo.
Le prove hanno mostrato l’efficacia della soluzione
proposta ed hanno permesso le prime installazioni sulla rete
viaria.
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2.
DESCRIZIONE DEGLI INTERVENTI
Vengono qui presentate le indagini sperimentali funzionali
alle verifiche del rifacimento dei cordoli dei viadotti esistenti
sulla strada SS 121 Palermo – Lercara Friddi nell’itinerario
compreso fra Bolognetta e lo svincolo Manganaro.
I viadotti esistenti ricadenti in questo tratto, per i quali si
è previsto il riammodernamento, subiranno interventi di tipo
globale e locale; fra quest’ultimi anche il rifacimento dei
codoli bordo ponte per l’installazione delle nuove barriere di
sicurezza. Per la decina di viadotti oggetto del
riammodernamento la geometria dei nuovi cordoli è variabile
sia in termini di larghezza che di altezza, in generale lo
schema di rifacimento è quello indicato in Figura 1. Tra le
diverse tipologie di geometria la più rappresentativa presenta
un altezza di 340 mm e larghezza pari a 520 mm. Al fine di
collegare efficacemente il cordolo con la soletta esistente è
stata prevista la realizzazione di radici mediante carotatura
della soletta esistente.
Si è inoltre previsto di aggiungere una serie di armature
all’intradosso della soletta in modo da incrementare la
resistenza nelle zone a momento negativo, che risultava,
generalmente, essere inadeguata rispetto ai carichi di
progetto.
In Figura 2 è mostrato il dettaglio delle armature della
soletta con il cordolo in calcestruzzo fibrorinforzato. Si può
notare come nel cordolo non sia presente nessuna armatura.
3.
INDAGINE SPERIMENTALE
Al fine di verificare l’efficacia della soluzione proposta è
stata prevista una campagna sperimentale su provini in scala
reale. I campioni sono stati realizzati in laboratorio,
simulando le varie fasi realizzative di cantiere e le
caratteristiche dei materiali esistenti e previsti. Sono
inizialmente state gettate le solette, sono poi state predisposte
le radici mediante l’esecuzione di carote di 120 mm di
diametro esterno e 150 mm di profondità ed infine è stato
gettato il cordolo in calcestruzzo fibrorinforzato.
In Figura 3 sono mostrate le diverse fasi realizzative dei
campioni da testare. Sono state eseguite in totale 6 prove.
Il calcestruzzo fibrorinforzato utilizzato per realizzare i
cordoli è caratterizzato da una resistenza media a
compressione, misurata su cubi, di 102 MPa. Il materiale è
stato caratterizzato a trazione mediante prove a flessione su
provini non intagliati (Figura 4).
Figura 1. Geometria generica dei cordoli fibrorinforzati
Figura 2. Dettaglio dei cordoli in calcestruzzo fibrorinforzato
462
Figura 3. Fasi realizzative dei campioni di laboratorio
Figura 4. Prove a flessione sul calcestruzzo fibrorinforzato
463
Figura 5. Sistema di prova
Filo F7
Cella di carico
Figura 6. Strumentazione del sistema di prova
La situazione di carico più gravosa per i cordoli è quella
legata al carico orizzontale, dovuto allo svio del veicolo,
agente sul montante del sistema di contenimento.
Nella progettazione del sistema di prova si è quindi fatto
riferimento a questa condizione di carico. La parte laterale di
soletta, ove è situato il cordolo, risulta essere a sbalzo e, a
causa del carico orizzontale agente sul sistema di
contenimento, soggetta ad un momento negativo costante.
Il sistema di prova utilizzato è mostrato in Figura 5. La
soletta viene vincolata “a sbalzo” mediante l’applicazione di
un carico trasversale di 4000 kN (2 martinetti idraulici da
2000 kN) agenti su un traversa in acciaio (HE 300 B).
Il carico orizzontale è applicato utilizzando un martinetto
idraulico da 4000 kN. Il punto di carico è posto ad una altezza
pari a 960 mm dalla superficie di estradosso del cordolo, come
previsto in progetto. Il carico è stato applicato ad una traversa
in acciaio rappresentante il sistema di fissaggio della barriere
antirumore.
Una serie di trasduttori potenziometrici a filo e di LVDT è
stata utilizzata per misurare gli spostamenti del provino
mentre una cella di carico è stata utilizzata per la misura del
carico orizzontatale (Figura 6).
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Il comportamento dei sei provini sottoposti a prova è stato
simile, per cui vengono di seguito presentati i risultati di una
singola prova.
In Figura 7 è mostrata la curva carico orizzontale –
spostamento del punto di carico. In Figura 8 è riportato il
carico massimo ottenuto in ciascuna delle 6 prove eseguite.
Figura 7. Provino 1: carico orizzontale – spostamento
Facendo riferimento alla prova 1 (Figura 7), in prossimità
di un livello dai carico di 45 kN si è avuta la prima
fessurazione, con una serie di fessure verticali che si sono
aperte all’estradosso della soletta, tra il cordolo ed il punto di
vincolo ed una fessura orizzontale all’interfaccia tra cordolo e
soletta (Figura 9).
In corrispondenza del carico massimo (75 kN) si è
sviluppata una fessura dallo spigolo della soletta (Punto A,
Figura 10), legata all’innalzamento del cordolo rispetto alla
soletta.
A
Figura 10. Dettaglio dello stato fessurativo a 75 kN
Figura 8. Carico massimo ottenuta in ciascuna prova
Figura 9. Panorama fessurativo: carico di 45 kN
!
In Figura 11 e Figura 12 è mostrato il panorama
fessurativo in corrispondenza del carico massimo in ciascuna
delle prove eseguite. Si può notare come il meccanismo di
rottura sia risultato simile in tutti i casi.
Il valor medio del carico massimo è risultato pari uguale a
71.5 kN. Il valore caratteristico, valutato secondo le
indicazioni dell’Eurocodice 0, è risultato uguale a 60.2 kN.
Figura 11. Panorama fessurativo in corrispondenza del carico
massimo – prove 1 e 2
465
Figura 12. Panorama fessurativo in corrispondenza del carico massimo – prove 3, 4, 5 e 6
CONCLUSIONI
I risultati hanno mostrato l’efficacia della soluzione
proposta nel garantire una adeguata capacità portante del
sistema.
Durante la compagna di prove sono stati inoltre
evidenziati i vantaggi dell’utilizzo del calcestruzzo
fibrorinforzato nelle varie fasi di cantierizzazione.
BIBLIOGRAFIA
[1] EN 1990 Eurocode – Basis of structural design
[2] CNR DT-204, “Istruzioni per la Progetta- zione,
l’Esecuzione ed il Controllo di Strut- ture di Calcestruzzo
Fibrorinforzato, Con- siglio Nazionale delle Ricerche,
2006.
[3] fib Model Code for Concrete Structure 2010. Federation
Internationale du beton. 2013.
[4] Martinola, G., Meda, A., Plizzari, G.A., Rinaldi, Z.
Strengthening and repair of RC beams with fiber
reinforced concrete. Cement and Concrete Composites.
Volume 32, Issue 9, October 2010, Pages 731-739.
[5] Meda, A., Riva, P., Mostosi, S. Shear strengthening of r/c
beam with high performance fiber reinforced cementitiuos
composite jacketing. ACI Structural Journal. In press.
RINGRAZIAMENTI
Si ringrazia la società Bolognetta per aver finanziato la
ricerca e la società Tecnochem Italiana per aver fornito il
calcestruzzo fibrorinforzato utilizzato nelle prove.
466

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