Rotture per fatica nei giunti saldati di impalcati da ponte a piastra ortotropa

Le piastre nervate metalliche di impalcato, frequentemente impiegate nei ponti, vengono generalmente schematizzate come piastre ortotrope, nelle quali l’ortotropia deriva da ineguale distribuzione delle rigidezze, piuttosto che da anisotropia strutturale. La necessaria rigidezza strutturale in questa tipologia strutturale è ottenuta con l’adozione di nervature di rinforzo, anche se, in alcuni casi di minor rilievo, si fa ricorso ad altre tecniche quali imbutitura, piegatura. L’impalcato in lamiera irrigidita, nella sua forma più corrente, è costituito da una piastra isotropa sottile (lamiera) rinforzata da una fitta serie di rinforzi longitudinali ( a sezione aperta o chiusa) , e da nervature trasversali, i traversi appunto, disposti ad interassi maggiori. Questo sistema costruttivo può considerarsi il risultato di un processo evolutivo iniziato all’incirca intorno al 1930 in Germania, e codificato compiutamente negli Stati Uniti d’America, dall’A.I.S.C. (America Institute of Steel Construction) negli anni 60. Il campo di applicazione tipico per le lamiere irrigidite è senza dubbio quello degli impalcati da ponte, laddove questa soluzione consente di ottenere strutture leggere, particolarmente efficaci nei ponti di grande luce, nei quali il contenimento dei pesi strutturali è fondamentale per la fattibilità stessa dell’opera. Questa ricerca trae origine dall’osservazione di una serie di rotture per fatica che si sono verificate in ponti in acciaio a piastra ortotropa francesi, tedeschi, olandesi a circa dieci – venti anni di distanza dalla loro entrata in servizio. Ovviamente la sensibilità di questo tipo di struttura nei confronti del fenomeno di fatica, deriva dalla loro estrema leggerezza. L’ interesse è reso ancora più attuale dal fatto che l’incremento del traffico, l’aumento delle prestazioni dei materiali e le notevoli escursioni di tensioni presenti negli impalcati a piastra ortotropa accrescono il rischio di rotture per fatica. L’osservazione delle rotture verificatesi, mostra che la maggior parte di esse è localizzata nei giunti saldati tipici, lamiera-nervatura, nervatura-nervatura, nervature-traversi. I primi due tipi di giunzione lamiera-nervatura, nervatura-nervatura sono stati oggetto di numerosi studi, che hanno portato anche alla definizione di idonee tecniche di riparazione dei giunti esistenti, mentre l’indagine sulle giunzioni lamiera traverso e lo studio delle relative tecniche di riparazione richiede ulteriori approfondimenti. Nei giunti traverso-nervatura, l’innesco della lesione solitamente avviene con modalità differenti a seconda del tipo di giunzione impiegata. Nel caso di giunzioni prive di cut-out la lesione si origina in corrispondenza dell’apice della saldatura longitudinale che unisce la lamiera di impalcato e le nervature longitudinali nel punto di intersezione con i traversi; da qui si propaga in direzione verticale attraverso lo spessore della lamiera per poi svilupparsi in senso longitudinale e /o trasversale. Nel caso di giunti con cut-out l’innesco avviene sul bordo libero del cut-out con modalità dipendenti dalla geometria del cut-out. Scopo della ricerca è l’approfondimento teorico-sperimentale dello studio della resistenza a fatica delle giunzioni traverso-nervatura. Lo studio, che si inquadra nell’ambito di un filone di ricerca attivo da tempo presso il Dipartimento di Ingegneria Civile Sez. Strutture della Facoltà di Ingegneria di Pisa , si articola come segue : - studio di tecniche costruttive e identificazione di tipologie di giunzioni ottimali in termini di resistenza a fatica; - sviluppo di tecniche di riparazione dei dettagli lesionati e/o danneggiati per fatica ; - determinazione della vita residua dei dettagli riparati.