1 Documentazione di riferimento Premessa Ripristino delle superfici in calcestruzzo (Intervento A ) Ripristino e consolidamento

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2 1 Documentazione di riferimento Premessa Ripristino delle superfici in calcestruzzo (Intervento A ) Ripristino e consolidamento delle murature delle pile (interventi B ed E ) Fusto delle pile (intervento B ) Nodo in testa alle pile (intervento E ) Realizzazione nuovi dreni per le arcate (intervento (C ) Chiodatura trasversale dei muri laterali (intervento D ) Consolidamento e miglioramento strutturale arcata terminale lato Domodossola (intervento F ) Materiali Calcestruzzi Malte Resine Acciai Verifiche strutturali Chiodature trasversali Carichi di progetto Azioni nelle chiodature Verifica di resistenza Consolidamento e miglioramento strutturale arcata terminale lato Domodossola Azioni di progetto Verifica delle chiodature Verifica del cordolo

3 1 Documentazione di riferimento Altre relazioni e disegni del presente progetto. Cod.elaborato Tipo elaborato Titolo RES.01 Relazione Ponte sul Rio Riana Analisi e verifiche globali dell'opera RES.08 Altro Ponte sul Rio Riana Cronoprogramma dei lavori STR.01 Elaborato grafico Ponte sul Rio Riana Inquadramento dell'opera STR.02 Elaborato grafico Ponte sul Rio Riana Sintesi degli interventi STR.03 Elaborato grafico Ponte sul Rio Riana Interventi A,B,C STR.04 Elaborato grafico Ponte sul Rio Riana Interventi D,E STR.05 Elaborato grafico Ponte sul Rio Riana Intervento F Carpenterie STR.06 Elaborato grafico Ponte sul Rio Riana Intervento F Armature 2 Premessa Come specificato nei relativi documenti di sintesi, tutte le analisi e le verifiche sono state svolte nell ipotesi di struttura totalmente integra. Sotto tale condizione, gli esiti delle verifiche sono stati positivi e pertanto il ponte è risultato adeguato per i carichi e criteri normativi attualmente vigenti. I sopralluoghi condotti hanno però evidenziato alcune anomalie legate sia a carenze nell esecuzione delle opere che al degrado fisiologico dei materiali, come già sintetizzato nella relazione tecnica strutturale dell opera. Per le murature delle pile, probabilmente già scarsamente legate in origine, si osserva che: - i corsi di malta superficiali risultano spesso mancanti; - le superfici verticali coperte dalle arcate sono soggette a forti fenomeni di filtrazione d acqua dal piano ferroviario con conseguente deposito di materiale calcareo. Le superfici in calcestruzzo risultano localmente molto degradate, soprattutto in zone di discontinuità quali le imposte, dove la presenza di anomalie realizzative (p.e. presenza di vespai nel calcestruzzo) accelera appunto i processi di degrado. Sia le superfici in calcestruzzo che quelle in pietrame risultano soggette a fenomeni di filtrazione d acqua dovute all inefficienza pressoché totale dell attuale sistema di dreno. Esaminando la documentazione relativa all opera si osserva inoltre quanto segue: - i muri laterali delle arcate non presentano disallineamenti e/o dissesti che possano segnalare eventuali criticità. A differenze di altre opere analoghe, il materiale di riempimento all estradosso delle arcate reagisce efficientemente senza esercitare significative spinte sui muri. Qualora tale collaborazione venisse meno, i muri laterali non risulterebbero strutturalmente adeguati a portare le conseguenti spinte orizzontali indotte dal traffico ferroviario. - L imposta dell arcata terminale lato Domodossola sulla spalla SP2 appare scarsamente contrastata orizzontalmente per la presenza del sottopasso stradale. Pertanto, si procede delineando una serie di interventi di manutenzione straordinaria finalizzati a ripristinare i materiali, consolidare e migliorare la risposta funzionale e strutturale dell opera. In particolare si prevede quanto segue: - ripristino delle superfici in calcestruzzo (intervento A ); - ripristino e consolidamento delle murature delle pile (interventi B ed E ); - realizzazione nuovi dreni (intervento C ); - chiodatura trasversale dei muri laterali (intervento D ); - consolidamento e miglioramento strutturale arcata terminale lato Domodossola (intervento F ). Al fine di: - consentire l esecuzione delle lavorazioni in sicurezza mantenendo in esercizio la linea, 2

4 - limitare le vibrazioni sulle strutture oggetto di intervento, durante tutte le lavorazioni andrà previsto un rallentamento del transito ferroviario, con una velocità massima di 10 km/h. 3 Ripristino delle superfici in calcestruzzo (Intervento A ) Lo scopo dell intervento è quello di risanare lo strato ammalorato di calcestruzzo, ricostruendolo con materiali speciali in grado di garantire una durabilità ottimale. Alla luce di quanto emerso durante i sopralluoghi, si prevedono i seguenti interventi: - intervento tipico; - intervento localizzato. L intervento tipico è previsto su tutte le superfici delle arcate (intradosso e fiancate) ed è articolato nelle seguenti lavorazioni elementari: - idroscarifica superficiale per uno spessore medio di 10mm e comunque fino all'asportazione degli strati superficiali degradati e poco legati; - pulizia di tutte le superfici mediante lavaggio con acqua in pressione; - eventuale sabbiatura, passivazione, integrazione e/o sostituzione di armature ammalorate; - ripristino dello spessore rimosso mediante rasatura con malta cementizia tixotropica bicomponente, fibrorinforzata, a ritiro compensato, eseguito manualmente curando la regolarità della superficie; - finitura superficiale mediante rasatura con malta elastica bicomponente per uno spessore medio di 2mm. Per le zone fortemente degradate (stimate in circa il 10% della superficie totale di intervento), si prevede un intervento più radicale articolato in: - idroscarifica di una quota parte di calcestruzzo superficiale più consistente, fino ad uno spessore massimo di 100mm; - pulizia di tutte le superfici mediante lavaggio con acqua in pressione; - eventuale sabbiatura, passivazione, integrazione e/o sostituzione di armature ammalorate; - realizzazione di connettori in tondo nervato, adeguatamente ancorati nell'arcata in calcestruzzo mediante resina epossidica; - posa in opera di rete elettrosaldata, fissata ai connettori precedentemente realizzati; - ripristino dello spessore consistente di calcestruzzo mediante iniezione di malta colabile ad alta resistenza entro appositi casseri a tenuta; - ripristino superficiale dello spessore tipico rimosso (10mm) mediante rasatura con malta cementizia tixotropica bicomponente, fibrorinforzata, a ritiro compensato, eseguito manualmente curando la regolarità della superficie; - finitura superficiale mediante rasatura con malta elastica bicomponente per uno spessore medio di 2mm. Le modalità operative previste a progetto ed in particolare gli spessori di riferimento andranno confermate in opera mediante prove a campione, preliminarmente all esecuzione delle lavorazioni. In generale, la lavorazione dovrà garantire una regolarità superficiale e cromatica dei materiali riportati. 3

5 Fig.1. Ripristino superfici in calcestruzzo 4

6 4 Ripristino e consolidamento delle murature delle pile (interventi B ed E ) 4.1 Fusto delle pile (intervento B ) Per ripristinare le anomalie rilevate per il fusto delle pile, si prevede la seguente procedura operativa - rimozione manuale dello strato superficiale di natura calcarea depositatosi in superficie; - lavaggio generalizzato delle superfici con getti d acqua in pressione; - predisposizione di un reticolo di iniezione di malta in profondità agli elementi; - ripristino dei corsi di malta superficiali laschi e/o mancanti; - iniezione di malta a consolidamento delle strutture in muratura. Fig.2. Stato di fatto del fusto delle pile Fig.3. Intervento B 5

7 4.2 Nodo in testa alle pile (intervento E ) I nodi in testa alle varie pile hanno evidenziato una serie di anomalie aggiuntive a quelle tipiche del fusto della pila. In particolare: - formazione di vegetazione tra i corsi di malta; - espulsione parziale o totale di blocchi di muratura (su pila 3, lato Nord). Pertanto, oltre ad un intervento tipico di ripristino dei corsi superficiali di malta (Intervento E.1 ), si prevede il seguente intervento ( E.2 ) per la sola pila 3, lato Nord: - rimozione dei blocchi laschi o parzialmente ammorsati nel resto delle murature; - lavaggio delle superfici; - estirpamento della vegetazione sviluppatasi, fino alla radice, con l impiego eventuale di liquidi biocidi; - ricostruzione della muratura con blocchi di pietra analoghi a quelli originali, ricavati dalle demolizioni previste sull arcata terminale; - sigillatura della muratura superficialmente ed in profondità mediante iniezione di malta. I nodi in testa alla pila 4, avendo probabilmente già evidenziato le problematiche attualmente emerse, in passato sono stati ripristinati eseguendo due timpani in calcestruzzo. In questa nuova fase di manutenzione dell opera, se ne prevede la rimozione e la successiva ricostruzione utilizzando però materiali analoghi a quelli degli altri nodi ed in generale delle murature del ponte (intervento E.3 ). Operativamente si seguirà una procedura di tipo cuci/scuci, salvo diversa indicazione della DL. Fig.4. Stato di fatto nodi in testa alle pile 6

8 5 Realizzazione nuovi dreni per le arcate (intervento (C ) A completamento degli interventi strutturali illustrati si prevede il ripristino ed il potenziamento del sistema di dreno delle arcate, attualmente compromesso o addirittura mancante. I nuovi dreni sono realizzati con tubi in acciaio INOX AISI316, di diametro 114.3mm, spessore 2.5mm e lunghezza totale 2650mm di cui: - 300mm sporgenti rispetto all intradosso arcata per consentire il distacco e l allontanamento dell acqua dalle superfici in muratura; - 600mm (circa) nello spessore dell arcata; - 900mm (circa) oltre l arcata, nel riempimento e nel rinfianco all estradosso. Il tratto nello spessore dell arcata è iniettato con malte speciali per consentire la sigillatura e l ancoraggio del pezzo. Il tratto invece che si estende oltre l estradosso dell arcata ha la funzione di ricettore dell acqua ed è quindi predisposto con opportuni fori di presa, protetti esternamente da un filtro in tessuto non tessuto (TNT). Fig.5. Dettaglio nuovo dreno 7

9 6 Chiodatura trasversale dei muri laterali (intervento D ) In generale, si prevede la realizzazione di chiodature di tipo passivo, costituite da barre 32mm tipo Dywidag Gewi, in acciaio con resistenza (BS550/500), zincate a caldo e provviste degli appositi accessori per l ancoraggio terminale (piastre e dadi). Le chiodature sono realizzate orizzontalmente e disposte a cm dalla quota del piano ferroviario. Longitudinalmente l interasse tipico tra le barre è pari a circa 1.50m. La procedura operativa è generalmente articolata nelle seguenti fasi: - realizzazione del foro di alloggiamento della barra mediante carotaggio; - posa in opera della barra con opportuni distanziatori; - iniezione del foro con malta di qualità, in pressione; - sigillatura e finitura della zona di ancoraggio. Il diametro tipico delle perforazioni è di 100mm. Per quanto riguarda la sigillatura e la finitura delle zone terminali, si prevede la realizzazione di nicchie a scomparsa nel corpo rispettivamente di muri e arcate, per garantire sia la massima durabilità agli elementi installati che il rispetto dell attuale aspetto dell opera. Detto della finalità dell intervento di vincolare trasversalmente i muri laterali nei confronti di eventuali spinte orizzontali esercitate dal riempimento, l arco e la relativa sovrastruttura vengono assimilati ad una sezione omogenea soggetta ad un carico localizzato all estradosso. Le conseguenti trazioni orizzontali vengono quindi assorbite dalle nuove chiodature trasversali. Fig.6. Dettaglio finitura ancoraggio barra 8

10 Fig.7. Disposizione chiodature 9

11 7 Consolidamento e miglioramento strutturale arcata terminale lato Domodossola (intervento F ) In generale, una struttura ad arco esercita a terra oltre che azioni verticali anche spinte orizzontali. Tale regime di azioni porta ad impostare gli archi contro ammassi rocciosi o pendii (zavorre e contrasti naturali ). In altri casi, l altimetria del sito comporta invece la necessità di realizzare opere artificiali in grado di vincolare le imposte delle arcate (p.e. blocchi di fondazione massicci, spalle tombate a tergo da rilevati). Nel caso in esame, mentre l arcata terminale lato Locarno è contrastata dal terreno retrostante, quella lato Domodossola insiste su una spalla alleggerita dalla presenza dell apertura per consentire il passaggio della viabilità locale. L efficienza di tale configurazione in termini di risorse ultime ma soprattutto d esercizio appare limitata. L intervento di consolidamento e miglioramento strutturale prevede quindi di legare tra loro le imposte dell arcata terminale, vincolando quella cedevole a quella stabile impostata sulla pila P5. La catena di collegamento tra le due imposte è realizzata da n.3 cordoli in c.a., di sezione 40cm x 60cm, ammorsati nel corpo spalla e pila mediante nodi di sottomurazione chiodati alle murature. I cordoli longitudinali e i nodi sono collegati tra loro da n.2 cordoli trasversali, di sezione 90cm x 60cm. Le chiodature sono analoghe a quelle realizzate per i muri laterali ovvero chiodature di tipo passivo con barre 32mm tipo Dywidag Gewi, in acciaio con resistenza (BS550/500), zincate a caldo e provviste degli appositi accessori per l ancoraggio terminale (piastre e dadi). Di fatto, il nuovo sistema di cordoli connesso di forza con le opere esistenti garantisce un miglioramento strutturale anche in termini di capacità portante verticale della spalla SP2. 10

12 Fig.8. Inquadramento intervento 11

13 Fig.9. Dettagli intervento 12

14 8 Materiali 8.1 Calcestruzzi Calcestruzzo per cordoli di fondazione Classe di resistenza a compressione C30/37 Classe di esposizione XC4+XF3 Diametro massimo aggregato 20mm Classe contenuto in cloruro 0.4 Classe di consistenza S4 Cemento (UNI-EN-197-1) CEM II 8.2 Malte Malta per ripristini strutturali (Malta tipo A ) Malta fibrorinforzata, a ritiro compensato, a base di cementi ed inerti selezionati, speciali additivi e microsilice, colata e/o iniettata entro appositi casseri a tenuta, eventualmente miscelata con inerti di granulometria appropriata allo spessore da ricostruire. Malta per ancoraggio barre in murature e materiale granulare (Malta tipo B ) Malta premiscelata monocomponente da iniezione, priva di cloruri, composta da cementi ad alta resistenza, silice micronizzata, agenti espansivi, inerti selezionati fini in curva granulometrica e additivi speciali per l'ancoraggio di barre in strutture di qualsiasi natura. Malta per sigillatura testa chiodature (Malta tipo C ) Malta tixotropica fibrorinforzata, a reattività pozzolanica, a base di cementi ad alta resistenza, aggregati selezionati, speciali additivi, resine sintetiche. Malta per consolidamento ed iniezione murature (Malta tipo E ) Boiacca superfluida, volumetricamente stabile, confezionata con legante idraulico fillerizzato superfluido, resistente ai sali, esente da cemento, composta da calce ed Eco-Pozzolana, sabbie naturali ultrafini e speciali additivi. Malta per ricostruzione copriferro (Malta tipo F ) Malta cementizia bicomponente a basso modulo elastico, fibrorinforzata, additivata con inibitore di corrosione a base organica, composta da cemento, aggregati selezionati, fibre sintetiche e resine polimeriche. Malta per rasature protettive del cls (Malta tipo G ) Resina bicomponente per l'ancoraggio strutturale di barre d'acciaio nervate in elementi in calcestruzzo e pietra, priva di solventi. 8.3 Resine Resina per ancoraggi strutturali Resina bicomponente per l'ancoraggio strutturale di barre d'acciaio nervate in elementi in calcestruzzo e pietra, priva di solventi. 13

15 8.4 Acciai Acciaio per c.a. B450C controllato in stabilimento, saldabile f yk 450 N/mm 2 f tk 540 N/mm 2 (f y / f y,nominale ) k f tk / f yk 1.35 Acciaio per chiodature Barre per realizzazione di chiodature e tiranti in acciaio BSt500 tipo Dywidag GEWI, zincate a caldo, provviste di filettatura e relativi dispositivi di ancoraggio (piastre e dadi), adattati in funzione delle effettive dimensioni delle strutture e dei dettagli progettuali. Acciaio per dreni arcate Profilati tubolari in acciaio INOX AISI

16 9 Verifiche strutturali 9.1 Chiodature trasversali Carichi di progetto Si considerano i carichi verticale da traffico ferroviario adottati per le verifiche della struttura nella configurazione attuale. Con riferimento al locomotore di progetto richiamato in figura, si ha quanto segue. Carico doppio asse Q 2assi = 2 x 100 = 200 kn Distanza minima tra due assi I min assi = 2.20m Distribuzione longitudinale per mezzo dell armamento L 1 = 2 x 50 = 1.00m Altezza strato diffusivo carico concentrato h = 0.75m Lunghezza su cui agisce il doppio asse L = I min assi + L x h = = x0.75 = = 4.70m Carico statico equivalente distribuito su L q eq,(s) = Q 2assi / L = = 200 / 4.70 = = 42.6 kn/m Coefficiente dinamico 3 = 2.00 (cautelativamente si adotta il massimo valore previsto dalle NTC2008) Carico dinamico equivalente distribuito su L q eq,(d) = 3 q eq,(s) = = 2.00 x 42.6 = = 85 kn/m Interasse di riferimento per le chiodature i = 1.50m Carico dinamico totale di riferimento per il singolo allineamento longitudinale di chiodature Q eq,(d) = q eq,(d) x i = = 85 x 1.50 = = 128 kn 15

17 Fig.10. Locomotore di progetto Fig.11. Lunghezza longitudinale di riferimento 16

18 9.1.2 Azioni nelle chiodature Le azioni nelle chiodature sono valutate in accordo allo schema limite riportato di seguito. 17

19 9.1.3 Verifica di resistenza La resistenza minima della barra è assunta pari a quella a trazione dell acciaio in quanto l ancoraggio alle estremità è garantito da appositi dispositivi metallici, forniti insieme alla barra. Calcolo N Rd Resistenza caratteristica a snervamento dell acciaio f yk > 500N/mm 2 Coefficiente di sicurezza per l acciaio m = 1.05 Resistenza di progetto a snervamento dell acciaio f yd = f yk / m = = 500 / 1.05 = = 476 N/mm 2 Diametro barra = 32mm Area resistente della barra A s = 804 mm 2 Azione resistente N Rd = A s x f yd = = 804 x 476 / 1000 = = 383 kn Verifica Carico dinamico totale di riferimento per il singolo allineamento di chiodature Q eq,(d) = 128 kn Azione caratteristica applicata al nodo F = Q eq,(d) / 2 = 128 / 2 = 64 kn Coefficiente parziale per le azioni Q = 1.50 Azione massima sollecitante di progetto N Sd,max = 1.00 x Q x F = = 1.00 x 1.50 x 64 = = 96 kn Coefficiente di sicurezza F S = N Rd / N Sd,max = = 383 / 96 = 3.99 > 1.00 La verifica risulta soddisfatta 18

20 9.2 Consolidamento e miglioramento strutturale arcata terminale lato Domodossola Azioni di progetto Le azioni di progetto sui singoli elementi sono desunte a partire dalla massima azione risultante nell arcata, in accordo con le geometrie di progetto. In particolare, nella figura successiva si riassume lo schema limite di riferimento per il nodo di collegamento tra strutture esistenti e nuovi elementi in c.a. La massima azione nell arcata e il suo orientamento derivano dai risultati delle analisi per elementi finiti. Numero totale di cordoli N cordoli 3 Numero totale di chiodature per ciascuna imposta N chiodature 6 Numero totale di chiodature per ciascun cordolo, a N chiodature/cordolo 2 ciascuna imposta Massima azione risultante nell arco (SLU) R sd ~ 1200 kn Inclinazione tra risultante e asse orizzontale = 54 Componente orizzontale della risultante nell arco R X,sd = R sd x cos( ) = (SLU) = 1200 x 0.59 = 708 kn Componente verticale della risultante nell arco (SLU) R Y,sd = R sd x sen( ) = = 1200 x 0.81 = 972 kn Massima azione assiale sollecitante nelle chiodature N * sd (1) = R X,sd = 708 kn Massima azione assiale sollecitante per singola N sd (1) = N * sd (1) / N barre = 118 kn chiodatura Massima azione assiale sollecitante nei cordoli N * sd (2) = R X,sd = 708 kn Massima azione assiale sollecitante in ciascun N sd (2) = N * sd (2) / N cordoli = 236 kn cordolo Eccentricità nel piano verticale tra barre e cordolo e = 0.25m Massimo momento flettente in ciascun cordolo M sd (2) = N sd (C) x e = = 236 x 0.25 = 59 knm 19

21 Fig.12. Schema limite connessione cordolo-nodo-spalla-arco Verifica delle chiodature La resistenza di progetto è assunta pari alla minima tra le seguenti: - N Rd1 : resistenza a trazione dell acciaio della barra; - N Rd2 : ancoraggio della barra per aderenza nell arcata. Calcolo N Rd1 Resistenza caratteristica a snervamento dell acciaio f yk > 500N/mm 2 Coefficiente di sicurezza per l acciaio m = 1.05 Resistenza di progetto a snervamento dell acciaio f yd = f yk / m = = 500 / 1.05 = = 476 N/mm 2 Diametro barra = 32mm Area resistente della barra A s = 804 mm 2 Azione resistente N Rd1 = A s x f yd = = 804 x 476 / 1000 = = 383 kn Calcolo N Rd2 Malta di ancoraggio - Tipo B (vedi materiali) Classe di resistenza a compressione malta R ck > 45 N/mm 2 Resistenza caratteristica a trazione (vedi NTC2008) f ctk,0.05 = N/mm 2 Coefficiente di sicurezza per il calcestruzzo m = 1.50 Tensione tangenziale di aderenza acciaio-calcestruzzo (vedi NTC2008) f bd = 2.25 x x f ctk,0.05 / m = = 2.25 x 1.00 x / 1.50 = = N/mm 2 Diametro barra = 32mm Lunghezza di sigillatura L = 900 mm Azione resistente N Rd2 = x x f bd x L = = 3.14 x 32 x x 900 /1000= = 318 kn Verifica Azione resistente minima N Rd = min(n Rd1 ; N Rd2 ) = = min(383; 318) = = 318 kn Azione massima sollecitante di progetto N Sd (1) = 118 kn Coefficiente di sicurezza F S = N Rd / N Sd,max = = 318 / 118 = 2.69 > 1.00 La verifica risulta soddisfatta 20

22 9.2.3 Verifica del cordolo Si procede tracciando il dominio resistente a tenso/pressoflessione della sezione in c.a., armata secondo le specifiche di progetto (vedi figura). Convenzionalmente si assume: - azione assiale positiva se di compressione; - momento flettente positivo se tende le fibre superiori. Fig.13. Sezione tipica cordolo longitudinale 21

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