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Verifica di vulnerabilità di ponti e viadotti: rilievi 3D e indagini per un caso studio

Aggiornamento: 19 ott 2023

L'articolo che segue, pubblicato il 16/10/2023 su Ingenio, presenta un'applicazione del metodo di rilievo 3D, modellazione BIM ed indagine su strutture e materiali, consolidato in anni di collaborazione tra la 3DeFFe e la Soc. Clemente Engineering, finalizzato alla verifica di vulnerabilità del viadotto lungo la SP 164, nei pressi della diga di Arcichiaro, in Provincia di Campobasso.


Autori

3DeFFe, Arch. Simona Alauria, Ing. Luca Amatori | Clemente Engineering srl, Ing. Pierluigi Clemente, Ing. Armando Clemente


Introduzione metodologica

La sicurezza delle strutture e delle infrastrutture è una premessa prioritaria di ogni moderna società civile.

Il deperimento fisiologico dei materiali di costruzione e molti altri fattori che concorrono ad aumentare il rischio sismico e la vulnerabilità delle strutture, non concedono alcuna sosta alle attività di rilievo e indagine volte alla valutazione del rischio sismico, specie quando queste attività riversano l’attenzione sulla sicurezza delle infrastrutture.

Ogni tipo di avversità, imprevisto, emergenza si configura come un elemento che si aggiunge alla necessità stringente di monitorare il livello di sicurezza di ponti, viadotti e ogni altra infrastruttura. Il tema della diagnosi strutturale va affrontato con la medesima dedizione, se non maggiore, richiesta nella progettazione delle nuove opere. Va sottolineato inoltre il fatto che, soprattutto in presenza di strutture datate, è frequente la carenza di documentazione di progetto, di rilievi geometrici dimensionali, di dati inerenti al controllo ed alla manutenzione dei manufatti. Basti pensare che, in tal senso, è relativamente recente la Legge n. 1086 che a partire dal 1971 impone l’obbligo di denuncia al Genio Civile delle opere in conglomerato cementizio. L’attività di diagnosi strutturale va quindi necessariamente fondata su un percorso conoscitivo completo, in grado di analizzare l’oggetto in tutte le sue parti, documentandolo con la completezza necessaria ad accertarne lo stato di vulnerabilità nei confronti delle normative ora vigenti.

L’attività, dunque, non si è mai arrestata, neanche durante il lungo e complesso periodo di fermo cui recentemente sono state chiamate molte delle attività lavorative a causa della passata pandemia.

La formulazione di una diagnosi corretta e completa sulla “salute” delle infrastrutture segue, nella prassi consolidata, le seguenti fasi:

  • raccolta e disamina della documentazione di base rilasciata dalla Pubblica Amministrazione di riferimento;

  • sopralluogo conoscitivo;

  • progettazione ed esecuzione del rilievo 3D, integrando il rilievo con laser scanner, dedicato di norma alle arcate, con quello aerofotogrammetrico, dedicato all’impalcato ed alle parti eventualmente non raggiungibili o non accessibili;

  • progettazione ed esecuzione della fase di indagine, prediligendo le prove di tipo non distruttivo in maniera tale da verificare le condizioni di solidità generale delle strutture direttamente in opera ed in maniera affidabile e non invasiva.

La corretta programmazione di tutti i rilievi, delle analisi e della manutenzione delle strutture garantisce una maggiore longevità delle stesse. Un altro vantaggio della calendarizzazione è naturalmente il contenimento dei costi di gestione, destinati altrimenti a innalzarsi nel caso si rendessero necessari interventi straordinari per ovviare a eventuali criticità insorte nel tempo.


Il caso studio

Viadotto lungo la SP 164, nei pressi della diga di Arcichiaro (CB)

Si tratta di una struttura molto particolare, sia per la sua conformazione sia per il sito in cui è stato realizzato. Il viadotto è realizzato in c.a., con una lunghezza di impalcato di circa 80 m, in carreggiata singola larga 7,5m a doppio senso di marcia, che con unica campata permette l’attraversamento di un vallone nei pressi della diga sul Torrente Quirino, a monte dell’abitato di Guardiaregia, in Provincia di Campobasso.

Il viadotto fu costruito su progetto dell’Ing. Morandi, ad una altezza di circa 100 m dal fondo del vallone che sovrasta. La sua struttura intelaiata ad arco è costituita da elementi in ca gettati in opera; i due archi simmetrici hanno sezione rettangolare variabile; gettata in opera è anche la soletta di impalcato in conglomerato cementizio. Dalle arcate partono 20 pilastri a T in c.a. ad andamento verticale, che collegano queste ultime con le travi dell’implacato, chiuso in sommità da una soletta in c.a. di 40cm.

In direzione trasversale gli elementi principali sono collegati tra loro travi trasversali. Le fondazioni si innestano direttamente nella roccia e, a causa della loro inaccessibilità, è stato possibile rilevarne la sola parte emergente dalla vegetazione attraverso una serie di foto aeree, individuandone una geometria a forma di tronco piramidale.

vista del Ponte nei pressi della diga di Arcichiaro (CB)
Foto 1 - vista del Ponte nei pressi della diga di Arcichiaro (CB)


Rilievo geometrico e dimensionale del Viadotto lungo la SP 164, modellazione BIM

Data la particolare conformazione del viadotto e le peculiarità morfologiche del sito in cui esso è inserito, il rilievo ha necessariamente dovuto integrare il laser scanner terrestre con l’impiego del drone per la fotogrammetria. Il laser scanner, infatti, stazionato nell’unica zona accessibile a piedi quasi al fondo del vallone ad una distanza dall’’arcata di circa 80m, è stato impiegato per scansioni in RGB ad elevatissima densità ed accuratezza (circa 500mila punti al secondo per un totale di circa 90milioni di punti a scansione), che hanno interessato le parti della struttura rivolte verso l’esterno.

La nuvola di punti così elaborata ha fornito i punti di appoggio per la successiva elaborazione fotogrammetrica delle immagini acquisite con drone.

Tali immagini sono state acquisite effettuando il volo in modalità manuale, senza quindi programmazione del tracciato del drone, ravvicinate all’intera struttura, in maniera tale da ricoprire tutte le parti non raggiunte dal laser: l’intradosso dell’arcata, tutti gli elementi dell’intelaiatura in ca, i nodi, i dettagli costruttivi, gli appoggi e la conformazione del sito nei pressi degli stessi. Il tutto non solo finalizzato alla elaborazione del rilievo, ma anche alla documentazione ravvicinata della struttura. Il rilievo topografico di appoggio, infine, ha fornito un ulteriore strumento di controllo, necessario in questo caso dati gli accentuati dislivelli del sito.

L’aver “portato a casa” il viadotto sotto forma di modello a nuvola di punti, fedele alla realtà, ne ha poi permesso la modellazione BIM, base per la successiva analisi del comportamento strutturale. In questa fase, la lettura della geometria degli elementi in ca, ne ha permesso la comprensione imponendo la modellazione di oggetti strutturali personalizzati, che poi sono stati trasferiti nel programma di calcolo strutturale per le verifiche di vulnerabilità.


Le immagini sono relative alle fasi di rilievo geometrico in sito e di prove e analisi sui materiali.



Indagini strutturali sul viadotto lungo la SP 164

Le indagini strutturali sono state effettuate attraverso l’esecuzione di più test, finalizzati al controllo delle condizioni delle parti strutturali del viadotto. È stata impiegata una piattaforma di supporto per l’operatività dei tecnici coinvolti, prediligendo, come detto in premessa, le indagini non distruttive:

- Prove sclerometriche, ultrasonore e termografiche, per valutare la durezza del materiale ed il suo stato di conservazione;

- Prove pull-out, per l’osservazione della resistenza meccanica del calcestruzzo.

- Indagini magnetotermiche, per l’individuazione degli elementi di armatura.

- Indagini con georadar, per la localizzazione di eventuali impianti.

Tra le necessarie indagini debolmente invasive sono stati effettuati dei prelievi di materiale in provini cilindrici e dei prelievi di campioni di armatura, utile per l’accertamento delle caratteristiche di resistenza dell’acciaio.

L’analisi ravvicinata della struttura e il supporto della documentazione fotografica acquisita hanno poi permesso di completare il rilievo del quadro fessurativo e deformativo.


Risultanze dei rilievi e conclusioni

Le analisi ed i rilievi condotti hanno permesso di procedere alla modellazione strutturale del viadotto utilizzando il metodo semiprobabilistico agli stati limite, verificando quindi il suo comportamento nei confronti delle diverse sollecitazioni dinamiche (traffico, azioni sismiche, ecc..) e statiche su di esso influenti, unitamente all’analisi del degrado.

Le problematiche più diffuse e frequenti individuate possono essere ricondotte alla insufficiente manutenzione straordinaria; è stato possibile quindi individuare, in fase progettuale, una serie di interventi localizzati da porre in opera, consistenti nel ripristino generale del copriferro in conglomerato cementizio a protezione dei ferri, previa protezione delle armature, ove interessate da fenomeni di carbonatazione e nel ripristino del sistema di regimentazione delle acque piovane a cura dei punti individuati con infiltrazioni.

Il processo conoscitivo di una simile struttura è stato possibile solo integrando diverse tecniche e diverse competenze: dal rilievo 3D alle indagini non distruttive o debolmente invasive, alla modellazione BIM che si è integrata con i diversi software di calcolo impiegati per le verifiche strutturali.

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