LeStrade luglio 2020

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ce”. Per ciascuna delle posizioni interessate viene valutata
la posizione del punto rappresentativo della discontinuità
(difetto campione) sulla curva di sicurezza FAD (Fracture
Assessment Diagram). La posizione del punto (fig. 4) viene
identificata mediante i valori locali di Lr e Kr , parametri
rappresentativi rispettivamente della suscettibilità al collasso
plastico e alla rottura fragile.
Nella valutazione della posizione del punto sul diagramma
occorre tenere in considerazione oltre alle tensioni primarie
(determinate dai carichi meccanici attualmente presenti)
anche le tensioni residue di saldatura. Tali tensioni, di natura
secondaria, non contribuiscono a incrementare il rischio
di collasso plastico del componente ma devono essere prese
in esame per quanto attiene la resistenza nei confronti
della rottura fragile, cioè della propagazione instabile, rischio
da mitigare in questo tipo di interventi. Come appare
evidente da quanto sopra esposto ciascuna zona di intervento
richiede una valutazione specifica, in quanto caratterizzata
da valori locali relativamente a:
• Spessore delle membrature;
• Posizione e orientamento del singolo difetto;
• Sollecitazioni primarie e secondarie nella zona.
A titolo di esempio si riporta in tab. 1 un prospetto con i risultati
delle valutazioni delle dimensioni critiche dei difetti/scavi.
Per ciascuna configurazione sono stati forniti due
possibili dimensioni limite per lo scavo (Scavo 1 e Scavo 2),
entrambe ammissibili.
La tenacità intrinseca
del materale: una valutazione
L’acciaio si oppone alla propagazione di una rottura di tipo
fragile con la propria tenacità. Questa grandezza è una caratteristica
propria di ciascuna tipologia di acciaio e varia con
la temperatura. Nel caso in cui la tenacità del materiale, alla
temperatura alla quale vengono realizzate le operazioni, non
sia sufficiente a garantire la stabilità dei difetti/scavi, occorre
ricorrere ad operazioni di preriscaldo delle aree interessate
dalle lavorazioni. La stima della tenacità del materiale
che costituisce i componenti in esame e delle relative giunzioni
saldate è stata effettuata in accordo alle prescrizioni
della norma BS 7910 (Annex J), sulla base dei valori di resilienza
minimi prescritti dalla norma UNI EN ISO 10025.
Il valore minimo tabellato di energia dissipata in una prova
resilienza Charpy-V alla temperatura di -20°C deve essere
non inferiore a 27 Joule per il materiale S355 J2 (spessori
≤40 mm) e non inferiore a 40 Joule per il materiale S355
K2 (spessori >40 mm).
Considerando cautelativamente una temperatura minima
ambientale, durante l’esecuzione della riparazione, pari a
-15 °C, il valore corrispondente di KIC, secondo BS 7910,
risulta pari a 56.1 [MPa m 1/2 ]. Nel caso in cui si consideri un
valore meno severo della temperatura minima, ad esempio
0 °C, il valore corrispondente di KIC risulta pari a 57.7 [MPa
m 1/2 ]. Tali valori sono, sulla base dei concetti della meccanica
della frattura, troppo contenuti per consentire l’esecuzione
di uno scavo delle dimensioni necessarie per la rimozione
dei difetti. Si ritiene di conseguenza necessaria l’adozione
di un preriscaldo ad una temperatura compresa tra 100 °C
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TAB. 1 RISULTATI DELLE VALUTAZIONI DELLE DIMENSIONI CRITICHE (DIFETTI/SCAVI)
Piattabanda
Anima
Scavo in posizione
centrale
Scavo in estremità
Scavo in posizione
centrale
Scavo in estremità
Spessore Scavo 1 Scavo 2
e 120 °C, in modo tale da garantire un incremento significativo
della tenacità del materiale.
La fase di riparazione
Attraverso un’analisi con modellazione numerica ad elementi
finiti (FEM) viene determinato, per ciascuna giunzione
trasversale, lo stato tensionale agente nella configurazione
di carico presente all’atto dell’esecuzione delle riparazioni.
40 mm 200 mm x 25 mm 300 mm x 20 mm
36 mm 200 mm x 23 mm 300 mm x 19 mm
32 mm 200 mm x 21 mm 300 mm x 17 mm
30 mm 200 mm x 20 mm 300 mm x 16 mm
40 mm 100 mm x 20 mm
36 mm 90 mm x 19 mm
32 mm 85 mm x 17 mm
30 mm 80 mm x 16 mm
Spessore Scavo 1 Scavo 2
20 mm 200 mm x 13 mm 300 mm x 11 mm
18 mm 200 mm x 12 mm 300 mm x 10 mm
14 mm 200 mm x 9 mm 300 mm x 8 mm
12 mm 200 mm x 8 mm 300 mm x 7 mm
20 mm 60 mm x 14 mm
18 mm 55 mm x 13 mm
14 mm 50 mm x 10 mm
12 mm 45 mm x 9 mm
4. Posizione del difetto
limite sul diagramma FAD
in una data configurazione
5. Stato di sollecitazione
sulla sezione tipica
6. Tipico di sequenza
di saldatura
5
Questi elementi, ovvero il posizionamento dell’asse neutro
unitamente allo stato tensionale agente nella giunzione in
esame (v. fig. 5), permettono di individuare la corretta sequenza
di intervento.
È infatti opportuno ribadire che la giunzione saldata equilibra
sollecitazioni che, nel caso in cui l’intervento di riparazione
riducesse in misura eccessiva l’area della sezione resistente,
potrebbero determinare il cedimento della struttura.
Si procede di conseguenza alla riparazione, privilegiando
dapprima le parti in compressione e, una volta completato
il ripristino delle stesse, intervenendo sulle restanti parti in
trazione. È inoltre preferibile agire in primo luogo sull’anima,
partendo dall’asse neutro verso la piattabanda, per poi
passare a quest’ultima, procedendo dal centro verso l’esterno,
come indicato in fig. 6.
Questa tecnica garantisce l’ottimizzazione della resistenza
della sezione, minimizzando la riduzione della resistenza
stessa indotta dall’intervento. Un ulteriore accorgimento
è relativo alla lunghezza dello scavo: nella parte in trazione
lo scavo in corrispondenza dell’indicazione è suddiviso in
6
tratti la cui lunghezza consentita può essere significativamente
inferiore (di oltre il 30%) rispetto a quanto ammesso
nella parte compressa. Anche il preriscaldo è differente:
nella parte compressa deve essere effettuato prima di
eseguire la nuova saldatura, nella parte tesa va effettuato
già prima di operare lo scavo. Questo comporta un impiego
di temperature differenti non solo fra anima e piattabanda,
ma anche fra parte tesa e parte compressa, raddoppiando,
di fatto, le casistiche possibili.
In ultimo, la tecnica da impiegarsi per procedere all’asportazione
del materiale è differenziata a seconda che
ci si trovi nelle parti centrali dei giunti o più prossimi alle
estremità.
L’approccio sistematico
e l’applicativo dedicato
Come si vede, le discriminanti sono molteplici e, per il caso
in esame, è stato predisposto un applicativo dedicato che, di
fatto, minimizzasse gli errori di tipo casuale, tipici di un’attività
manuale e massiva. Inserendo i dati relativi alla situazione
locale, l’applicativo:
• Integra l’anagrafica del giunto, oltreché dei dati identificativi,
attraverso l’indicazione della giunzione “tipo” di riferimento;
• Rappresenta graficamente l’indicazione dei difetti nella
loro esatta posizione rispetto alla sezione trasversale della
trave;
• Individua il posizionamento dell’asse neutro e determina,
di conseguenza, le parti in trazione ovvero di compressione;
• Produce l’esatta sequenza degli scavi con la puntuale indicazione
di lunghezza e tecnica da utilizzarsi per ciascuno
di questi;
• Riporta le istruzioni circa l’effettuazione del preriscaldo secondo
le logiche sopra descritte.
A questo l’applicativo unisce la possibilità di procedere alla
generazione contestuale delle istruzioni di saldatura, in formato
PDF o cartaceo, per un’intera campata, per uno o più
conci o per la singola giunzione. Alimentando di fatto un database
strutturato al proprio interno, l’applicativo è in grado
di produrre una serie di elaborati di tipo statistico e di consuntivazione.
Il caso qui presentato mostra come, anche
attraverso un efficace approccio di metodo, sia possibile incrementare
l’affidabilità del servizio erogato.
Conclusione
Gli interventi di riparazione/ripristino di impalcati in acciaio
condotti su ponti o viadotti per la viabilità, già in opera o
in servizio, debbono essere affrontati adottando un vero e
proprio approccio progettuale, soprattutto quando gli interventi
sono condotti sotto carichi importanti, come nel caso di
strutture miste con soletta in c.a. e/o in presenza di traffico.
L’articolo ha trattato un caso reale affrontato da IIS (Istituto
Italiano della Saldatura), rappresentativo di un intervento
di grande complessità che ha dimostrato come, affrontando
i lavori con le adeguate dotazioni di strumenti di calcolo,
competenze su diverse discipline ed esperienze specifiche,
sia possibile portare a termine con successo il ripristino a
progetto di strutture talvolta compromesse. nn
Ponti&Viadotti
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