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Aug 03, 2023

Ponti

Il ponte che porta la M4 sul fiume Usk a Newport, nel Galles del Sud, a prima vista è insignificante, ma lo stesso non si può dire dei lavori in corso per ripararlo. Il ponte è lungo 143 metri

Il ponte che porta la M4 sul fiume Usk a Newport, nel Galles del Sud, a prima vista è insignificante, ma lo stesso non si può dire dei lavori in corso per ripararlo.

Il ponte è una struttura in cemento armato a cinque campate lunga 143 metri. Costruito negli anni '60, il suo aspetto è tipico dell'epoca, smentendo il suo ruolo di uno dei ponti più importanti del Galles.

Il ponte si trova sull’arteria principale che porta a Cardiff sull’autostrada M4: chiuderlo per un certo periodo di tempo sarebbe un suicidio politico e creerebbe un caos indicibile sulla rete stradale locale circostante.

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Il ponte a due piani attraversa il fiume Usk

Pertanto, quando si è scoperto che si stavano sviluppando problemi con la sua struttura, è stato necessario un pensiero innovativo da parte dei consulenti WSP e dell'appaltatore principale Costain mentre cercavano di trovare un modo per fermare il danno.

Il problema risiedeva nelle cerniere reggispinta del ponte, un prodotto brevettato progettato dal consulente Sir Owen Williams & Partners. Le articolazioni sono state posizionate nei punti di controflessione – punti in cui ci sono zero momenti. I giunti sono stati progettati per consentire all'impalcato di piegarsi e flettersi sopportando sia la spinta che il taglio.

A tale scopo, durante la costruzione del ponte, sono state praticate delle fessure larghe 40 mm e profonde 430 mm nella parte superiore e inferiore dell'impalcato, lasciando al centro una sottile striscia di cemento spessa 430 mm. Per sopportare il taglio e la spinta, questa striscia è stata poi rinforzata con barre a forbice da 32 mm di diametro: due coppie di sei, attraverso il giunto – tre superiori, tre inferiori – con tre barre diritte orizzontali che attraversano il centro. In teoria, quando il ponte si inceppa e si affloscia, il movimento verrebbe assorbito dallo spazio vuoto.

Ma a causa della cattiva costruzione, la fessura non era sufficientemente ampia in alcuni punti e, quando il ponte si fletteva, il cemento nella parte superiore e inferiore veniva schiacciato dalla forza di compressione dei due lati che si univano. Ciò a sua volta ha delaminato il calcestruzzo in corrispondenza del piano dell'armatura.

Quando l'impalcato si fletteva, il calcestruzzo nella parte superiore e inferiore veniva schiacciato dalla forza di compressione dei due lati che si univano

La conseguente esposizione di questo rinforzo non solo lo lasciava aperto agli elementi e al degrado, ma, in modo più critico, significava che non veniva tenuto saldamente in posizione dal calcestruzzo, lasciandolo suscettibile di staccarsi e rendendo probabile il cedimento del giunto in futuro. .

Gli ingegneri di WSP hanno effettuato un'analisi di sensibilità sulla lunghezza del collegamento di ancoraggio richiesto. È stato riscontrato che, nel peggiore dei casi, la capacità delle travi di supporto rastremate dell'impalcato che si estendono tra i pilastri diminuiva rapidamente una volta raggiunta una lunghezza critica.

"Nell'analisi, abbiamo esaminato cosa succede quando si perde la copertura o l'ancoraggio a quell'armatura", afferma Richard Owen, ingegnere senior di WSP in ingegneria civile, strutturale e di terra. “Abbiamo riscontrato che si sarebbe verificata una rottura a taglio nella parte posteriore del dettaglio della cerniera di spinta a causa della perdita di ancoraggio.

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Nuovo blocco di ancoraggio in situ e ganci per tendini

"Essenzialmente, anche se la cerniera di spinta è di per sé robusta e il rinforzo della trave è piuttosto resistente, è l'interfaccia tra i due che ci preoccupa."

Poiché questa soglia non è stata ancora raggiunta, il governo gallese ha deciso di intervenire per prevenire un futuro crollo del ponte.

Ma la riparazione delle articolazioni ha comportato una serie di sfide completamente nuove.

Parte del problema derivava dalla forma unica del ponte. Ci sono circa 100 ponti a cerniera reggispinta in Inghilterra e 15 in Galles e l'impalcato di queste strutture era formato da una lastra piatta, con il rinforzo per i giunti distribuito uniformemente su tutta la loro larghezza. In questo caso, la soletta dell'impalcato si estende tra travi rastremate che si estendono tra i pilastri, quindi le cerniere sono state limitate alla larghezza delle travi.

vista prospettica dell'armatura del fiume Usk

Immagine generata al computer del rinforzo della cerniera

Per riparare adeguatamente il giunto del ponte di Usk, è stato necessario rimuovere e ripristinare il calcestruzzo che circondava l'area danneggiata, ma ciò avrebbe compromesso la resistenza del giunto e senza supporto aggiuntivo avrebbe causato il collasso del ponte.