Gli effetti di creep e ritiro sulle traversine ferroviarie in c.a.p.

Il tema della durabilità e del mantenimento delle caratteristiche meccaniche e di stabilità dimensionale nel tempo delle traversine ferroviarie in cemento armato precompresso continua ad essere un argomento molto attuale ed oggetto di studio.  I produttori di traversine, infatti, insieme ai progettisti sono continuamente alla ricerca di un’ottimizzazione del comportamento in fase di esercizio delle traversine stesse la cui funzione è quella di trasmettere i carichi dalla sovrastruttura alla massicciata e di realizzare lo scartamento ferroviario (la distanza tra le rotaie), assicurando quindi il mantenimento nel tempo della posizione del binario.

A tale riguardo gli effetti a lungo termine, in particolare il creep ed il ritiro, assumono un’importanza fondamentale per il raggiungimento della sicurezza del trasporto ferroviario e per ottenere la massima durata della vita di esercizio delle traversine stesse influendo, oltre che su possibili perdite di precompressione e quindi riduzione delle caratteristiche meccaniche, anche sulla capacità di mantenere lo scartamento entro le tolleranze progettuali. Qui di seguito si riporta un articolo pubblicato nel 2020 dalle Università di Birmingham (UK) e di Wollongong (Australia) che riguarda proprio questi aspetti. Si ritiene utile riportarne brevemente il contenuto a vantaggio dei progettisti e delle aziende produttrici.

Influenza del creep e del ritiro delle traversine in c.a.p. sulla sicurezza del trasporto ferroviario

Dopo una breve introduzione sull’importanza di comprendere e prevedere i fenomeni a lungo termine che agiscono sul calcestruzzo e sui loro effetti particolarmente rilevanti sulle traversine ferroviarie in cemento armato precompresso, gli autori si soffermano sulla necessità di approfondire lo studio sul comportamento delle traversine precompresse in relazione ai fenomeni di creep e di ritiro a cui esse sono assoggettate e che conducono spesso a problematiche strutturali durante l’esercizio. Il modello di previsione di questi fenomeni, quindi, deve essere il più possibile accurato e congruente con le condizioni reali di utilizzo dei manufatti. Lo scopo dell’articolo, infatti, è proprio quello di analizzare una comparazione tra i diversi modelli di previsione delle deformazioni da creep e da ritiro utilizzati in differenti condizioni climatiche e ubicazione delle traversine mediante l’impiego dei modelli previsti nelle principali normative oggi disponibili (Eurocodice2, ACI 209, Australian Standard AS3600).

Parametric Studies Into Creep and Shrinkage Characteristics in Railway Prestressed Concrete Sleepers

Studi parametrici sulle caratteristiche di scorrimento e ritiro nelle traversine ferroviarie in calcestruzzo precompresso

Frontiers in Build Environment

• Dan Li - Department of Civil Engineering, School of Engineering, University of Birmingham, Birmingham, United Kingdom,
• Sakdirat Kaewunruen - Department of Civil Engineering, School of Engineering, University of Birmingham, Birmingham, United Kingdom and Birmingham Centre for Railway Research and Education, School of Engineering, University of Birmingham,
• Peter Robery - Department of Civil Engineering, School of Engineering, University of Birmingham, Birmingham, United Kingdom
• Alex M. Remennikov - School of Civil, Mining and Environmental Engineering, University of Wollongong, North Wollongong, NSW, Australia

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La previsione delle deformazioni da creep e da ritiro

L’articolo prosegue analizzando l’influenza sia della resistenza a compressione finale del calcestruzzo impiegato per la produzione delle traversine prefabbricate sia delle diverse condizioni di umidità relativa ambientale sui valori finali di creep e ritiro provenienti dai modelli di previsione utilizzati nelle diverse norme di riferimento citate sopra. Le caratteristiche fondamentali delle traversine prefabbricate utilizzate nei calcoli dei diversi modelli sono qui riportate:

Sulla base di queste caratteristiche gli autori hanno valutato l’effetto di alcuni parametri chiave che possono avere un’influenza significativa sulle deformazioni ultime da creep e ritiro e sulle perdite di precompressione. I risultati derivati dalla comparazione dei diversi modelli sono qui sotto riportati:

Gli autori fanno notare, in questo caso, che il modello previsto dalla norma ACI 209 non considera la resistenza a compressione nel calcolo del coefficiente di creep. Di conseguenza, la comparazione ai fini della resistenza a compressione riguarda solo i modelli previsti dall’Eurocodice2 e dalla norma australiana AS3600. Diversamente, il confronto in funzione dei diversi valori di umidità relativa ambientali viene proposto per tutti e tre i modelli:

Analogamente, gli autori proseguono con la comparazione tra i modelli di previsione della deformazione da ritiro:

I modelli di previsione del creep e del ritiro hanno delle limitazioni?

Gli autori, infine, concludono affermando che, in accordo ai risultati delle analisi, le perdite di precompressione nelle traversine precompresse dipendono fondamentalmente dalle deformazioni assiali dovute ai fenomeni del creep e del ritiro. Maggiori deformazioni, quindi, implicano perdite di precompressione via via più elevate. Gli autori, inoltre, evidenziano come calcestruzzi con resistenze a compressione più alte producono minori valori di deformazione da creep. Allo stesso tempo, però, calcestruzzi con alte resistenze finali mostrano valori di deformazione da ritiro maggiori, almeno nella fase di maturazione iniziale.

Infatti, la deformazione totale da ritiro a tempo infinito dei calcestruzzi a resistenza più alta diventa minore di quella di calcestruzzi con resistenze inferiori. Questo va attentamente valutato nella fase di progettazione. Per quanto riguarda l’influenza dell’umidità relativa, gli autori concludono che risulta evidente come valori di umidità relativa crescenti producano nelle traversine deformazioni da creep e ritiro progressivamente inferiori.  Dall’analisi comparativa dei modelli contenuti nell’Eurocodice, nell’ACI e nella norma australiana si osserva come i risultati ottenuti da ogni singolo modello siano diversi sebbene vengano considerate le stesse condizioni di partenza. Gli autori attribuiscono la ragione principale di queste differenze al fatto che i diversi codici di progettazione contenuti nelle diverse norme si basano su parametri differenti. Ogni modello, infatti, si fonda su variabili proprie che andrebbero tutte valutate.

Un commento ai contenuti dell’articolo

L’articolo riprende dei concetti estremamente importanti ai fini del calcolo delle strutture rispetto agli effetti delle deformazioni a lungo termine. Purtroppo, i modelli di previsione oggi disponibili, sia del creep che del ritiro, evidenziano alcune limitazioni che non permettono ai progettisti un’analisi completa dei fenomeni, con la conseguenza, nel caso specifico, di ottenere una minore vita utile delle traversine precompresse.

Il calcolo dei diversi modelli previsionali analizzati si basa su fattori differenti, e alcune volte tra loro contrastanti, che possono essere tutti importanti e che dovrebbero essere tutti considerati nella fase di progettazione e di realizzazione delle traversine in cemento armato precompresso. Un suggerimento finale potrebbe essere quello di eseguire sempre l’analisi degli effetti a lungo termine considerando tutti e tre i modelli proposti nell’articolo, proprio perché partono da presupposti differenti, con l’obiettivo di acquisire una conoscenza completa dei parametri che possono influire sulla valutazione del creep e del ritiro e conseguentemente adottare la soluzione progettuale che garantisca la massima sicurezza possibile.