METODOLOGIE COSTRUTTIVE E PROGETTUALI PER LA REALIZZAZIONE DI PONTI IN CALCESTRUZZO AD ALTISSIME PRESTAZIONI (UHPC)

Ultra-High Performance Concrete is an advanced cement-based composite material which exhibits a very high compressive strength, and non-brittleness behaviour. Its development is the result of numerous studies, undertaken since the 1970s from the Danish H. Bache, aimed at filling the shortcomings presented by reinforced concrete. The addition of steel fibres in 1980s has made UHPC much closer to the performance of steel than to those of concrete, allowing to achieve lightweight, extremely resistant, and long-lasting structures. After several decades of development, a wide range of commercial UHPC formulations have been developed worldwide to cover an increasing number of applications and the rising demand of quality construction materials, examples are Ductal® developed in France by Lafarge, Dura® in Malaysia and Cor-Tuf® in America. The introduction of UHPC has had a huge impact in the infrastructure sector, its excellent properties have made it possible to build a large number of bridges almost all over the world, from pedestrian ones to road and rail bridges, whose applications are very recent and restricted to short stretches of the railway line. The present thesis work is devoted to investigating which advantages the use of UHPC may bring both in the design and construction phase of a bridge structure, showing, trough real projects and case studies, how it is possible to optimize the geometry of the deck cross section and how, the traditional erection methods adapted to UHPC precast segmental bridges allows to ease the transport, speed up the erection and assembling of new infrastructures and minimizing traffic disruptions, with significant savings in terms of raw materials and economic resources.

Il calcestruzzo ad altissime prestazioni, meglio noto come UHPC (Ultra-High Performance Concrete), è un materiale fibro-rinforzato a base cementizia che presenta, rispetto al calcestruzzo tradizionale, una maggiore resistenza a trazione, un’elevata resistenza a compressione (superiore ai 150MPa) ed un basso rapporto acqua/cemento, ovvero una bassissima porosità capillare ed una elevata durabilità. Il suo sviluppo è il risultato dei numerosi studi condotti sul calcestruzzo a partire dagli anni ’70 ad opera del ricercatore Danese Hans Hendrik Bache, volti a superare i limiti presentati dai calcestruzzi ordinari, quali ad esempio la bassissima resistenza a trazione, l’elevato peso specifico, l’elevata porosità, la necessità di una notevole quantità di armatura e/o precompressione, la ridotta durabilità, etc. L’aggiunta di fibre di acciaio, già a partire dagli anni ’80, di super-fluidificanti ed altre aggiunte minerali, quali i fumi di silice, hanno permesso di trasformare il calcestruzzo in un materiale altamente ingegnerizzato in grado di fornire soluzioni sempre più competitive nel settore delle costruzioni. Dopo diversi decenni dai primi studi, è stata sviluppata, in diverse parti del mondo, una vasta gamma di formulazioni per la commercializzazione di UHPC, al fine di poter ampliare ulteriormente il campo di applicazione dei materiali a base cementizia e di rispondere alla sempre crescente domanda di materiali da costruzione di qualità, durevoli, ed eco-compatibili, ovvero aventi un ridotto impatto ambientale. Fra questi troviamo Ductal®, marchio sviluppato in Francia da Lafarge, Dura® prodotto e diffuso in Malesia e Cor-Tuf®, sviluppato dal centro di ricerca e sviluppo militare degli Stati Uniti. L’impiego dei calcestruzzi ad altissime prestazioni ha avuto un notevole impatto sul settore delle infrastrutture, le sue eccellenti proprietà hanno reso possibile la realizzazione di un ingente numero di ponti e viadotti in quasi tutto il mondo, dapprima di tipo pedonale e successivamente stradali e ferroviari. Nonostante le caratteristiche di questi calcestruzzi innovativi abbiano, da subito, catturato l’attenzione di ricercatori, progettisti e aziende del settore, la loro diffusione in tutto il mondo ha dovuto far fronte a diversi ostacoli. Prima fra tutti la mancanza di linee guida o norme tecniche unificate a livello nazionale ed internazionale, poi la limitata conoscenza del materiale e del suo comportamento meccanico da parte di ingegneri e addetti ai lavori, la non adeguatezza di macchinari ed impianti necessari a sottoporre il calcestruzzo ai trattamenti termici richiesti durante il periodo di maturazione ed indurimento, ed infine l’elevato costo delle materie prime impiegate. Il presente lavoro di tesi si propone di indagare gli svantaggi, ma soprattutto gli innumerevoli vantaggi apportati dall’impiego dell’UHPC, sia nella fase progettuale che di varo ed assemblaggio degli elementi che costituiscono la struttura di un ponte. Attraverso progetti esistenti e casi di studio, quale il ponte sul fiume Dürner Bach (sito in Germania), viene mostrato come sia possibile ottimizzare la geometria della sezione trasversale dell'impalcato, riducendone le dimensioni ed eliminando l’impiego di armatura tradizionale, rendendo l’intera struttura più gradevole dal punto di vista estetico e ben integrata con l’ambiente che la circonda. Il ridotto peso specifico del materiale consente la realizzazione di elementi prefabbricati di estremamente leggeri facili da trasportare, varare ed assemblare. Le tradizionali modalità di varo adattate a ponti realizzati con elementi prefabbricati in UHPC, consentano, quindi, di velocizzare la realizzazione dell’opera, riducendo al minimo i periodi di interruzione del traffico, e producendo un notevole risparmio in termini di materie prime e risorse economiche.