RELAZIONE DI FINE TIROCINIO

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1 RELAZIONE DI FINE TIROCINIO Progetto di riabilitazione strutturale di un ponte in muratura sito nella città di Constantine Studente: Bifano Antonio Tutor Universitario: Prof. Renato Giannini Tutor Aziendale: Ing. Paolo Tortolini Anno Accademico

2 INDICE 1.INTRODUZIONE INQUADRAMENTO GENERALE DESCRIZIONE DELL'OPERA SISMICITA' DELLA REGIONE DI CONSTANTINE SIMULAZIONE AGLI ELEMENTI FINITI DESCRIZIONE DELL'INTERVENTO VARIE FASI DELL'INTEVENTO

3 1. INTRODUZIONE L attività di tirocinio si è svolta nel periodo compreso tra il e il presso gli uffici della società INTEGRA s.r.l. siti in via di Sant Erasmo 16 a Roma. Il totale delle ore, considerando la presenza in sede dalle ore 9.30 alle ore 18.30, dal lunedì al venerdì, ammonta a 150 alle quali corrispondono un totale di 6 CFU. Il tirocinio ha avuto come scopo quello di realizzare la riabilitazione strutturale del ponte denominato Sidi Rached situato nella città di Constantine in Algeria. A supportare tale lavoro è stato l'intero team di progettisti facenti capo allo studio e in particolare l ingegnere Paolo Tortolini in qualità di tutor aziendale. 3

4 2. INQUADRAMENTO GENERALE L area oggetto di intervento è localizzata all ingresso della città di Constantine in Algeria, l intera area e quindi nello specifico il ponte stesso è, da diversi anni, soggetta a fenomeni di danneggiamento dovuti alla instabilità del versante in destra dello Oued Rhumel. Fig.1 Localizzazione del ponte 4

5 3. DESCRIZIONE DELL OPERA L opera nel suo genere, è la più grande d Africa nonché monumento storico dell Algeria e simbolo della città di Constantine. Il ponte di Sidi Rached è un viadotto stradale in muratura, costrutito a Constantine tra il 1908 e il Si estende per una lunghezza di 447 metri e risulta essere largo 12 metri e consente di oltrepassare la profonda incisione dello Ohued Rhumel che rappresenta il più importante corso d acqua di Constantine. La sua altezza è di 107 metri e poggia su 27 arcate, tra cui: 13 archi di 8,80 metri lato città; 8 archi di 9,80 metri lato; 4 archi di 16 metri (3 lato città, 1 lato stazione); Un arco di 30 metri lato città; Un arco di 70 metri che attraversa la gola del Rhumel. Fig.2 Vista del ponte 5

6 La presente relazione si incentra in particolare sugli interventi di riabilitazione strutturale realizzati per l arco compreso tra le pile 3 e 4 che rappresenta l arco maggiormente danneggiato a causa dei movimenti franosi dell intero pendio. I disturbi sulla struttura sono cominciati sin dalla costruzione della stessa, già dal 1955 a causa del fenomeno franoso, si ha notizia della realizzazione dei primi interventi di riabilitazione. In seguito, nel 1979, è stata demolita la prima arcata sostituendola con una struttura in metallo. Tuttavia non si è raggiunta la soluzione del problema e nel corso degli anni i danni tali interventi si sono rivelati inefficaci. Da rilievi fotografici realizzati in sito si evince che la struttura presenta delle criticità molto spiccate, in particolare, analizziamo la situazione dell'arco compreso tra le pile 3 e 4 per il quale sarà realizzata la riabilitazione strutturale. Fig.3a Condizione attuale dell'arcata oggetto di intervento 6

7 Fig.3b Condizione attuale dell'arcata oggetto di intervento Fig.3c Condizione attuale dell'arcata oggetto di intervento 7

8 Fig.3d Condizione attuale dell'arcata oggetto di intervento 8

9 4. SISMICITA DELLA REGIONE DI CONSTANTINE Volendo risolvere la problematica relativa alla vulnerabilità della struttura si è cercato di studiare anche altri fattori che potrebbero causare un deterioramento della stessa tra i quali il più importante è senza dubbio la sismicità. Studiando i dati relativi alla sismicità storica dell Algeria notiamo che il nord del paese è stato colpito da numerosi terremoti di moderata e alta magnitudo. Tre terremoti distruttivi hanno colpito in particolare la regione di Constantine: Il terremoto del , di magnitudo MS = 5,25 a nord di Constantine; Il terremoto del , di magnitudo MS = 5,3 A Oued Hamimine; Il terremoto del , di magnitudo MS = 6,0 a El Aria. La mappa della sismicità mostra che gli epicentri di questi terremoti distruttivi si trovano nella zona tra El Aria e la città di Constantine. In particolare, il sisma 1985, con una magnitudo di 6,0 della scala Richter risulta essere il più importante evento sismico, si è verificato ad una profondità di circa 10 km e ha causato danni maggiori nella zona tra El Khroub, Constantine e Beni Yakoub. Sulla base dei dati sismici raccolti, il nord del paese è stato classificato a sismicità moderata, e, in particolare, la regione di Constantine (zona 6 in figura) è caratterizzata da sismicità MS =

10 Fig.4 Sismicità del nord dell Algeria In termini di PGA Constantine è caratterizzata da accelerazione compresa tra 0,15 g e 0,2 g fino al caso peggiore di 0,25 g. Tuttavia, gli eventi sismici che hanno interessato la regione, tra cui quello del 1985, non hanno causato danni rilevanti sul ponte di Sidi Rached. Per questo motivo lo studio in questione ha approfondito soprattutto gli aspetti riguardanti lo scorrimento del versante che rimane il motivo principale ai quali sono dovuti le problematiche relative al ponte. 10

11 5. SIMULAZIONE AGLI ELEMENTI FINITI Per avere un quadro completo della cinematica del ponte si è condotta una simulazione mediante un programma agli elementi finiti. Tenendo conto dei dati relativi a rilievi in sito svolti dagli ingegneri dello studio e imponendo delle ipotesi di calcolo dovuti alle caratteristiche strutturali si è proceduti a simulare il comportamento del ponte sotto la pressione dovuta al movimento franoso del pendio. Fig.5 Modellazione agli elementi finiti del ponte I risultati delle analisi hanno confermato che il meccanismo cinematico del ponte ha portato alla rottura dell arco compreso tra le pile 3 e 4 e la rotazione della sezine di base delle pile 1, 2, 3 e 4, che ha generato una riduzione della sezione resistente ed ha portato a una sollecitazione di compressione quasi al valore limite della resistenza per la muratura. 11

12 Fig.6 Risultato dell analisi agli elementi finiti del ponte 12

13 6. DESCRIZIONE DELL'INTERVENTO Gli interventi progettati volti alla salvaguardia dell opera si inquadrano sotto tre categorie principali: - Realizzazione di un sistema di drenaggio delle acque sotterranee, ritenute la principale causa dell instabilità del versante su cui sorge il ponte; - Rinforzo delle fondazione dell opera mediante micropali e tiranti ; - Rinforzo delle strutture in muratura lesionate, in particolare i fusti pila e l arcata tra P3 e P4. Durante il presente tirocinio ci si è occupati principalmente di questo ultimo aspetto della riabilitazione dell opera, il quale verrà approfondito nelle seguito. La fessurazione molto elevata, presente nelle pile del ponte, è il sintomo della situazione di gravità in cui versa lo stesso. Come confermato anche dall'analisi agli elementi finiti, gli sforzi di compressione sono molto grandi e vicini al valore limite. Per risolvere queste criticità si è deciso di attuare i seguenti provvedimenti: Consolidare il fusto delle pile; Riempire i vuoti esistenti iniettando un riempimento adeguato. Dato lo stato del danneggiamento delle pile si procederà con il seguente piano degli interventi: Un primo ciclo di lavori da eseguire con urgenza, prima del completamento del rinforzo delle fondazioni; Un secondo ciclo di lavori da fare per garantire il rafforzamento finale delle pile. Per quanto riguarda la prima parte, il progetto prevede la messa in opera di un sistema sostegno del fusto delle pile. La seconda parte invece prevede la rimozione di parte 13

14 dell'arco e la posa in opera di un nuovo arco collegato alla parte esistente mediante dei ferri di collegamento. Messa in sicurezza delle pile. Prima di iniziare la demolizione dell'arco è stato necessario mettere in sicurezza le pile mediante un'impalcatura di sostegno che sarà possibile rimuovere solo dopo la ricostruzione dell'arco. Lo scopo dell'intervento è quello di aumentare la resistenza alla compressione della muratura delle pile, che, secondo i dati presenti in letteratura, è da supporre dell'ordine del 5-8 MPa e quindi mettere in sicurezza il fusto delle pile prima di completare la riabilitazione definitiva del ponte. Considerando i risultati del calcolo ottenuto dalla simulazione agli elementi finiti, le sollecitazioni risultano essere: Vicino a 6 MPa per le pile 1 e 2; Vicino a 4 MPa per le pile 3, 4 e 5. Per questo motivo si procede prima realizzando un confinamento passivo delle pile mediante placcaggio metallico. La messa in opera del placcaggio delle pile garantisce una maggiore resistenza a compressione sufficiente per assicurare il nuovo stato delle sollecitazioni che si è sviluppato a causa del meccanismo cinematico del ponte. Inoltre, i profili hanno una superficie atta a sostenere, con l'adesione che si sviluppa a contatto con la muratura, parte del peso che viene scaricato sulle pile e il trasferimento del carico stesso. 14

15 Interventi sull arco. Dopo il completamento dei lavori relativi alla fondazione, alle opere di drenaggio, e dopo il completamento del placcaggio delle pile (ma prima di completare il loro rinforzo finale mediante le iniezioni) si interverrà sull'arco danneggiato compreso tra le pile 3 e 4. L intervento consiste nella completa demolizione delle arcate in muratura, ormai completamente danneggiate ed incapaci di sostenere i carichi verticali, e successiva ricostruzione di una struttura ad arco in cemento armato della medesima geometria del preesistente. 15

16 7. FASI DELL'INTERVENTO RICOSTRUZIONE DELL ARCO P3-P4 Fase 1 La prima fase prevede: 1. Attuazione di un sistema di supporto (contrafforti) che consta di profili standard HEB200 in grado di sostenere la struttura e di elementi in acciaio (tubo di diametro di 219,1 mm e spessore pari a 10 mm). Questi elementi, sacrificali, hanno lo scopo di assorbire l eventuale spinta ancora presente legata allo scivolamento della spalla, grazie alla loro plasticizzazione, tuttavia sono in grado di contenere la spinta orizzontale legata allo schema ad arco. Fig.7 Dettaglio del sistema di sostegno dell arco 2. Attuazione di un sistema di controllo (cilindri idraulici) per verificare la concentrazione delle forze sulle pile durante le fasi di taglio dell arco. I cilindri idraulici sono ubicati nelle parti in tensione alla base dei fusti 16

17 3. Il taglio degli angolari del sistema di placcaggio in acciaio dei fusti delle pile (da effettuare nella parte in tensione del fusto). E molto importante che gli angolari in acciaio sul fusto delle pile siano liberi di assecondare il movimento del ponte quando si rimuove l arco. Infatti ci si aspetta che il ponte, dopo il taglio, si muova all indietro chiudendo parzialmente le grandi fessure presenti. Di seguito forniamo il dettaglio relativo alla prima fase costituito dal rinforzo dell impalcato esistente per sostenere un peso di 200 tonnellate per arcata e dalla messa in sicurezza del sistema di contrasto orizzontale della volta. Fig.8 Dettaglio delle operazioni riguardanti la fase 1 17

18 Fig.9 Prospetto del ponte di Sidi Rached dopo l esecuzione della fase 1 della riqualificazione 18

19 Fase 2 La fase due riguarda il taglio della soletta superiore all arco in muratura e rimozione dei materiali di risulta. Fig.10 Dettaglio delle operazioni riguardanti la fase 2 19

20 Fase 3 Questa fase prevede la rimozione del riempimento presente nei due archi compresi tra le pile 3 e 4 e la demolizione della parete dei due archi (timpani) fino al raggiungimento di una parte della muratura che presenti delle condizioni ottimali. Fig.11 Dettaglio delle operazioni riguardanti la fase 3 20

21 Fase 4 La fase numero quattro risulta essere costituita dalla demolizione e dalla rimozione delle due arcate fino al raggiungimento della parte di muratura che si presenti in buono stato. Fig.12 Dettaglio delle operazioni riguardanti la fase 4 21

22 Fase 5 Tale fase è rappresentata dalla posa in opera delle predalles prefabbricate e dalla realizzazione della nuova volta mediante in calcestruzzo utilizzando le predalles come cassero a perdere. Fig.13 Dettaglio delle operazioni riguardanti la fase 5 22

23 Fase 6 La sesta e ultima fase consta delle seguenti tre operazioni: 1. Realizzazione del muro in cemento armato ricoperto da materiale di risulta delle lavorazioni precedenti (pietra); 2. Messa in opera della soletta in cemento armato e delle predalles prefabbricate; 3. Esecuzione dei lavori di finitura. Fig.14 Dettaglio delle operazioni riguardanti la fase 6 L intervento, anche se realizzato con cemento armato, non deve alterare il valore architettonico ed estetico del ponte di Sidi Rached. Per questo motivo, è previsto un rivestimento esterno in pietra, in modo da ripristinare la continuità della facciata. Dopo aver completato tutto il lavoro di riabilitazione, in modo tale che dopo le operazione di iniezione del rinforzo delle pile sarà possibile rimuovere tutte le impalcature e ripristinare la passeggiata al di sotto del ponte, di seguito forniamo una sezione dell arcata oggetto di riqualificazione. 23

24 Fig.15 Sezione dell arcata ricostruita. 24