Sollevamento viadotto Anxur

Premessa

Con la presente relazione si descrive l’intervento di sostituzione degli apparecchi di appoggio e la successiva spinta per ricentraggio dell’impalcato esistente del viadotto Anxur, situato lungo la strada statale 699 Dell’ Abbazia di Fossanova, tra il km 0+486 (Spalla A- lato Terracina) ed il km 1+359 (Spalla B – lato Frosinone). L'opera in esame, di lunghezza totale pari a 875 m, è costituita da 25 campate in semplice appoggio con luci da 35 m all'asse pila e soletta continua.
La continuità della soletta è interrotta in corrispondenza della pila 13, dove è presente un giunto di dilatazione longitudinale. Nei confronti delle azioni orizzontali, si hanno pertanto due semi-viadotti continui da 13 e 12 campate, rispettivamente lato Terracina e lato Frosinone, collegati alle spalle mediante la continuità della soletta.
Il viadotto, poco dopo la messa in servizio, a seguito di una traslazione progressiva in senso longitudinale della spalla B e dell’intero semi-viadotto ad essa rigidamente collegato, ha comportato un fenomeno di perdita di appoggio delle travi. Il fenomeno, che ha interessato il solo semi-viadotto lato Frosinone, si è palesato anche dalla totale chiusura del varco tra le solette in corrispondenza della pila 13 dove è presente l'unico giunto d'impalcato del viadotto; ciò ha causato il danneggiamento delle solette ed il conseguente rischio che il giunto potesse andare fuori servizio, con pericolo per la circolazione veicolare.

Nel novembre 2014, una volta chiaro quale fosse il fenomeno, si sono da subito eseguiti i seguenti interventi di messa in sicurezza:

• introduzione di elementi di puntonamento tra i due semi-viadotti in corrispondenza della pila 13; ciò allo scopo di evitare l'ulteriore danneggiamento delle solette ed il rischio che il giunto andasse fuori servizio;
• ripristino degli apparecchi di appoggio e delle slitte;
• consolidamento della spalla B lato Frosinone.

L’intervento si concludeva con il ricentraggio del semi-viadotto lato Frosinone. Dato che nell’intervallo temporale compreso tra l’intervento di messa in sicurezza e il consolidamento della spalla, la traslazione della spalla è proseguita portando al fine corsa anche degli appoggi nuovi, con conseguente fuoriuscita del PTFE e modifica del comportamento meccanico degli stessi con aumento dell’attrito interno ai dispositivi, non è stato possibile finalizzare l’intervento di ricentraggio dell’impalcato.

Stante la situazione di emergenza dovuta alla configurazione degli apparecchi di appoggio nuovi, in condizione ai limiti della sicurezza e alla impossibilità di movimentare l’impalcato, considerata la necessità di avere fruibile l’opera in vista dell’afflusso turistico estivo, è stato deciso di procedere nel seguente modo:

1. intervento di messa in sicurezza provvisorio dell’opera;
2. installazione e attivazione di un sistema di monitoraggio strutturale in continuo;
3. progettazione ed esecuzione dell’intervento definitivo di ripristino del livello di sicurezza.

Descrizione dell'opera esistente

L’opera in esame, di lunghezza totale pari a 875 m, è costituita da una serie di 25 campate a travi semplicemente poggiate con luci da 35 m all’asse pila e soletta continua. La continuità della soletta è interrotta in corrispondenza della pila 13, dove è presente un giunto di dilatazione; in senso longitudinale si hanno pertanto due semi-viadotti da 13 e 12 campate, rispettivamente lato Terracina e lato Frosinone, collegati alle spalle mediante la continuità della soletta. Ciascuna campata è costituita da quattro travi a cassoncino di altezza 1.80 m, disposte a 3 m di interasse. La dimensione della piattaforma è pari a 12.60 m fuoritutto, con 10.50 m di bitumato e cordoli simmetrici da 1.05 m ciascuno. Come desunto dai disegni contabili, sul piano appoggi si hanno complessivamente 4x2 apparecchi di appoggio di cui, su ciascuna fila, 2 sono di tipo unidirezionale longitudinale “U” e due sono di tipo multidirezionale “M”. Ai lati degli apparecchi di appoggio esterni sono, inoltre, presenti dei ritegni sismici trasversali cui è affidato il compito di sostenere trasversalmente l’impalcato in caso di evento sismico; agli apparecchi di appoggio di tipo unidirezionale, privi di zanche di fissaggio, sono invece affidate le sole azioni trasversali di esercizio. Le Spalle sono entrambe di tipo scatolare con plinto di fondazione, muro frontale e paramento posteriore di spessore pari a circa 1 m.

Descrizione dell'intervento di messa in sicurezza provvisiorio e dell'intervento di monitoraggio strutturale

Il sistema pensato per la messa in sicurezza del viadotto ha previsto i seguenti interventi:

• l'installazione di appoggi provvisori tra intradosso trave ed estradosso baggioli, con relativi sistemi di bloccaggio, che in caso di fuoriuscita completa della trave dall’asse dell’appoggio fungono come supporto temporaneo per la struttura d’impalcato sovrastante;
• l’inserimento di una piastra ponte sul giunto in corrispondenza della spalla B e della pila 13 per ripristinare la continuità del piano viario. I criteri con cui è stato concepito il sistema sono stati:
  • la struttura d’emergenza ha la sola funzione di trasferire le eventuali azioni verticali d’impalcato al baggiolo esistente, non essendo pensata per trasferire azioni orizzontali di alcun tipo, salvo gli eventuali attriti generati dall'eventuale scarico dell'impalcato sugli appoggi;
  • il sistema era da ritenersi provvisorio nel solo periodo transitorio, non superiore a 4 mesi, oltre il quale occorreva eseguire l’intervento definitivo in progetto;
  • nel periodo transitorio il traffico veicolare doveva essere limitato al solo traffico leggero, con veicoli viaggianti di peso non superiore a 7.5 ton.

All’intervento di messa in sicurezza provvisorio è stato affiancato un sistema di monitoraggio strutturale in continuo della cinematica dell’opera. In presenza di spostamenti eccessivi era stata prevista la necessaria interruzione immediata dell’esercizio dell’opera e riapertura, eventuale, solo a seguito di un sopralluogo da parte di un tecnico specializzato ed autorizzazione da parte dei responsabili preposti.

Descrizione dell'intervento a progetto

L’intervento in progetto è stato articolato nelle fasi di seguito descritte.

1. Sconnessione impalcato da spalla B e su pila 13 (gennaio-marzo 2019)

Si è proceduto dapprima all’interruzione dell’esercizio stradale e alla rimozione del sistema di monitoraggio strutturale. Come accennato in precedenza, l’impalcato di ciascun semi-viadotto era collegato alla propria spalla tramite la soletta, adottando la tecnologia del giunto tampone.
Occorreva, quindi, dapprima operare lo svincolo dell’impalcato dalla spalla, rimuovendo la piastra giunto presente e demolendo l’estradosso della soletta fino a liberare completamente le 27 barre esistenti; si proceduto quindi alla demolizione, laddove presente, di una porzione di soletta in corrispondenza del giunto tampone, congruentemente con l’entità della traslazione da applicare successivamente.

2. Costruzione degli appoggi

Si è proceduto alla sostituzione dei dispositivi di vincolo. Sono stati adottati tutti appoggi di tipo multidirezionale a disco elastomerico confinato in quanto sono presenti dei muri con disposti dei ritegni orizzontali in elastomero armato. Le rotazioni attorno a qualunque asse orizzontale sono assicurate dalla deformabilità di un disco elastomerico non armato, confinato entro un basamento monolitico di acciaio (tazza). Questi appoggi, oltre a trasferire i carichi verticali di compressione, consentono la traslazione, che avviene attraverso il mutuo scorrimento tra due superfici piane in contatto, una in acciaio inox, l’altra in PTFE. Gli appoggi sono semplicemente incollati a mezzo di adesivi epossidici bicomponenti tissotropici ai baggioli e alle travi. L’adesivo epossidico, di adeguate proprietà meccaniche atte a garantire che lo scorrimento avvenga in ogni caso in corrispondenza del PTFE. Tra la trave e la slitta del dispositivo di vincolo, il prodotto sarà applicato in modo da ripristinare anche il cuneo delle pendenze longitudinali e trasversali.
Gli appoggi sono stati realizzati con le slitte superiori più larghe di 300 mm rispetto alle dimensioni strettamente necessarie, montati con un preregolazione tale da garantire la posizione centrata solo successivamente alla spinta dell’impalcato.

3. Sollevamento impalcati per sostituzione degli apparecchi di appoggio

Il sollevamento è stato eseguito con un sistema di martinetti posizionati sotto i traversi di testata dell’impalcato, affiancando almeno uno spessoramento di sicurezza in acciaio in corrispondenza di ogni cilindro oleodinamico.

4. Traslazione longitudinale dell’impalcato con sistema di martinetti idraulici (spinta dell’impalcato)

Come detto, sul Viadotto Anxur, è stato necessario riposizionare l’impalcato continuo composto da 12 campate, di circa 450 m, in posizione originaria a seguito di spostamenti imprevisti indotti dallo slittamemento della spalla lato Frosinone, cui si era posto rimedio con una serie di lavori di consolidamento. In sintesi è stato richiesto di riavvicinare l’impalcato alla spalla lato Frosinone per circa 15 cm in modo che il varco attualmente di 23 cm ritornasse ad una apertura tale da consentire le sole rotazioni ammesse in quella sezione dallo schema statico. La soletta era collegata alla spalla attraverso lo schema della “catena cinematica”, ovvero attraverso 27 barre di collegamento passanti di diametro 40 mm. Questo spostamento ha comportato la ridefinizione della corretta apertura del giunto esistente sulla pila n.13 e il “ricentramento” del viadotto sugli appoggi, precedentemente sostituiti nella stessa posizione di quelli precedenti.

La traslazione ha seguito i seguenti criteri:

• interdire completamente al traffico il viadotto;
• in corrispondenza della spalla lato Frosinone tutte le barre di collegamento della catena cinematica sono state liberate dal getto di soletta, per evitare impedimenti alla traslazione del viadotto;
• sulla pila 13 in corrispondenza delle testate delle travi sono stati collocati in posizione orizzontale dei martinetti idraulici in contrasto su carpenterie di ripartizione;
• i martinetti sono collegati ad una centrale oleodinamica di spinta per agire contemporaneamente e con la medesima pressione, su tutti i martinetti. La situazione di simmetria della struttura ha comportato che lo spostamento sia stato lo stesso per ogni martinetto e dunque la traslazione è avvenuta in maniera ortogonale alla spalla, ovvero senza rotazioni dell’impalcato.

L’ortogonalità è stata controllata in maniera strumentale attraverso aste millimetrate, preventivamente disposte sulla pila 13 e sulla spalla in corrispondenza dei due cordoli di estremità. Essendo la distanza tra le testate delle travi sulla pila 13 superiore alla dimensione del martinetto ed anche al fine di ripartire al meglio la pressione su dette testate, sono state interposte delle travi metalliche di ripartizione su ognuna di esse, la maggiore distanza colmata con spessori costituiti da piastre di acciaio di spessore 1 e/o 2 cm 20 x 20 cm.
Sistemati i martinetti si è proceduto al collegamento alla centrale oleodinamica di spinta attraverso un apposito distributore e lo spazio residuo tra le travi colmato con gli spessori in acciaio per attivare la spinta orizzontale. Ogni volta che gli steli sono fuoriusciti di 4 cm, è stata arrestata la spinta per “riarmare” i martinetti.
Si è proceduto quindi:

• mantenendo attiva la spinta, chiudendo i rubinetti di sicurezza;
• spessorando il vuoto tra le testate della soletta della pila n.13, con spessori di acciaio di 20 x 20 cm spessore 1 o 2 cm ponendo cura che le piastre fossero inserite a contrasto in modo da evitare spostamenti del semiviadotto in senso contrario a quello desiderato a causa di una leggera pendenza longitudinale dello stesso;
• scaricando i martinetti riducendo a zero la pressione;
• facendo rientrare in posizione “zero” lo stelo;
• spessorando dietro i martinetti sempre con la stessa tipologia di piastre per colmare i 4 cm del precedente sfilo.

L'operazione è stata ripetuta fino ad arrivare ad uno spostamento complessivo di circa 15 cm. La spinta è avvenuta in unica fase, spingendo il tratto di impalcato di 12 luci compreso tra la pila 13 e la spalla B.
Prima delle operazioni di spinta sono stati rimossi gli elementi di bloccaggio adottati e le placchette provvisorie di assemblaggio degli apparecchi di appoggio a disco elastomerico. In corrispondenza dei ritegni trasversali, sono adottati degli accorgimenti atti a ridurre eventuali attriti tra impalcato e ritegni stessi. I ritegni trasversali in questa fase sono occorsi anche da guide per garantire la corretta movimentazione dell’impalcato. Una volta conseguito tale spostamento si è provveduto a fermare la spinta, bloccare i martinetti in pressione, ed in aggiunta, e per sicurezza, a spessorare fino a rifiuto il varco tra le solette sulla pila 13 come precedentemente indicato.
Il varco è stato chiuso con delle lamiere già in precedenza utilizzate per tale scopo e presenti sul cantiere.

Attrezzatura impiegata

Sono stati impiegati n.4 martinetti di capacità portante pari a 1500 kN e dimensioni:

• diametro del cilindro 230 mm;
• diametro della testina 200 mm;
• corsa massima 50 mm.

Il sistema pompante è provvisto di manometro tarato su master di riferimento; rubinetto di sicurezza e valvola di non ritorno. Il collegamento dei martinetti alla centrale oleodinamica pompante avviene attraverso distributore “manyfold”. Le tubazioni sono del tipo ad altissima pressione con attacchi rapidi; ogni cilindro è dotato di rubinetto di sicurezza. Le travi di ripartizione sulle testate delle travi dell’implacato sono state del tipo HEB260 da 1,25 mt. Gli spessori di contrasto, piastre di acciaio di spessore 1 e 2 cm e dimensioni in pianta 20 x 20 cm; per il controllo strumentale degli spostamenti sono stati impiegati trasduttori millimetrati.

Pressione di spinta

Il peso di ogni campata è di circa 814 ton, le 12 campate dalla spalla B alla pila 13 sommano un peso complessivo di circa 10.000 ton. Considerando un coefficiente di attrito intorno a 0,025, esercitato dagli appoggi e dagli attriti dei ritegni e barre di collegamento, si è rilevata la forza necessaria per vincere l’attrito e consentire lo spostamento longitudinale dell’implacato, compresa tra 250-300 ton, ovvero per ognuno dei 4 cilindri, circa 60-75 ton. Per ottenere il distacco della struttura si è dovuta raggiungere la pressione di circa 320 bar.

Controlli

Dopo la sistemazione dei martinetti in corrispondenza di ogni carpenteria di ripartizione di ogni trave e dopo averli collegati alla centralina attraverso le tubazioni, l’operatore ha eseguito una verifica del circuito e della struttura di sostegno dei martinetti con una preventiva messa in pressione pari al 20% del carico presunto. Successivamente è stato gradualmente aumentato il carico con incrementi pari al 20% seguiti da una pausa (chiusura del circuito da parte dell’operatore per verificare che non ci fossero anomalie sia alla struttura del ponte, che alla struttura di sostegno dei martinetti.
Nel procedere al raggiungimento del carico di distacco si è monitorato che la pressione non superasse quella di previsione, ritenendo accettabile un maggior valore del 25% come incertezza relativa sia alla valutazione teorica, che ad eventuali interferenze della testata con la struttura di contorno.

Rilascio della struttura nella configurazione finale

Al termine della traslazione, come già accennato, si è provveduto a bloccare la struttura con degli spessori in acciaio portati a rifiuto tra le solette della pila 13, lasciando in pressione i martinetti. Il giunto è stato ricoperto con le lamiere già presenti sopra l’impalcato in attesa delle successive operazioni di installazione. Tale condizione è rimasta inalterata fino al completamento dell’intervento di ripristino della soletta e della catena cinematica in corrispondenza della spalla lato Frosinone.
Dopo la avvenuta maturazione del relativo getto si è potuto svincolare il contrasto disposto sulla pila 13, ridando carico solo al fine di consentire la estrazione degli spessori tra le solette e successivamente si è proceduto ad azzerare la pressione sui martinetti, rimuovendo il sistema di contrasto.