Valutazione di strutture in acciaio soggette a corrosione: analisi e trattazione della corrosione nelle sue forme e metodi previsionali

La mancanza di adeguata manutenzione è, spesso, il principale fattore di rischio delle infrastrutture

La maggior parte delle strutture esistenti presenta segni di deterioramento, spesso già in atto, dovuti sia al naturale invecchiamento sia a fattori interni ed esterni che, nel tempo, ne hanno compromesso l'integrità. Le analisi descritte in questo studio sono fondamentali per il monitoraggio efficace di un patrimonio edilizio che continua a invecchiare.

L'influenza della corrosione nel collasso strutturale rappresenta un tema ancora poco approfondito nella pratica professionale dedicata alla valutazione della robustezza delle costruzioni. Si auspica che un approccio più consapevole contribuisca a una pianificazione mirata degli interventi di manutenzione. Come dimostrano frequenti notizie di cronaca, la mancanza di adeguata manutenzione è spesso tra le principali cause di rischio per le strutture.

La storia delle costruzioni è ricca di esempi di crolli, in particolare di ponti (Wikipedia, 2022). Tuttavia, il degrado non porta necessariamente al collasso, a condizione che venga identificato tempestivamente e affrontato con interventi correttivi adeguati (Yamaguchi et al., 2010).

In questo contesto, lo studio è articolato in due parti principali che si concentrano su:

• L’analisi delle cause del degrado e la quantificazione della riduzione di spessore a causa dei fenomeni corrosivi;
• Gli effetti che il degrado ha sulle strutture attraverso una simulazione FEM su un ponte a travatura reticolare con diversi scenari di degrado e successivo calcolo del moltiplicatore di carico a collasso.

Valutazione di strutture in acciaio soggette a corrosione: verifica della capacità portante di un ponte soggetto a diversi scenari di corrosione
Lo studio ha sviluppato un modello FEM 3D semplificato del ponte della Pastorella per analisi push-down e dinamiche, valutando la robustezza sotto corrosione simulata in cinque scenari. I risultati hanno evidenziato criticità negli scenari con impalcato e montanti verticali corrotti, proponendo future indagini per migliorare la precisione delle previsioni.
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Generalità sulla corrosione delle strutture in acciaio

La corrosione rappresenta una delle principali cause di deterioramento per strutture in acciaio come ponti, passerelle e edifici industriali, specialmente quando esposte ad ambienti aggressivi o a carenze nella manutenzione. Questo fenomeno, legato al trascorrere del tempo, tende a svilupparsi lentamente, richiedendo generalmente anni per generare un degrado tale da compromettere la sicurezza e l'integrità delle strutture in acciaio.

Il processo corrosivo determina un deterioramento progressivo della struttura, caratterizzato dalla perdita di materiale superficiale. Ciò comporta una riduzione delle sezioni resistenti degli elementi strutturali, con conseguente diminuzione della capacità portante, sia locale che globale, compromettendo resistenza e duttilità dell’opera.

L’impatto della corrosione varia significativamente in relazione alla posizione e all’entità del degrado degli elementi corrosi, risultando in un’alterazione delle prestazioni strutturali complessive. È noto, inoltre, che l’acciaio strutturale, se lasciato privo di protezione o se protetto in modo inadeguato, risulta particolarmente vulnerabile alla corrosione, soprattutto in condizioni ambientali severe o in presenza di agenti atmosferici aggressivi.

Collassi strutturali di opere soggette a corrosione

Il fenomeno della corrosione ha ricevuto crescente attenzione negli ultimi decenni, essendo riconosciuto come una delle principali cause di danni e cedimenti strutturali. Questo problema è particolarmente rilevante a livello globale, dove il degrado delle strutture in acciaio, soprattutto nei ponti più datati, aumenta significativamente il rischio di perdita degli elementi portanti principali (Khuyen, 2016).

Un esempio emblematico è il crollo del ponte Point Pleasant sul fiume Ohio, avvenuto il 15 dicembre 1967 durante l'ora di punta del traffico. Questo tragico evento causò la morte di 46 persone. Il ponte, progettato con uno schema statico a catenaria sospesa, collassò a causa della formazione di crepe generate dalla corrosione delle barre singole, che portarono alla separazione della catena di sospensione (Fig. 1).

Questo caso storico evidenzia l’importanza di una manutenzione regolare e di strategie efficaci di protezione contro la corrosione, per prevenire eventi analoghi in futuro.

Nel 2007, in Giappone, sono state individuate fratture indotte dalla corrosione all'interno degli elementi diagonali di due ponti reticolari in acciaio destinati al traffico autostradale, come illustrato nelle Figure 2 e 3 (Lin, 2013).

Nel novembre del 2007, un ponte a travatura reticolare in acciaio costruito 57 anni prima, situato tra Tokushima e Kagawa in Giappone, è crollato a causa della corrosione avanzata che aveva gravemente compromesso gli elementi della struttura reticolare, come mostrato nella Figura 4.

Nel 2009, in Giappone, un ponte in servizio da soli 23 anni è crollato a causa della corrosione avanzata che aveva gravemente compromesso le travi in lamiera di acciaio, come illustrato nella Figura 5.

Pertanto, considerando i predetti casi di collasso strutturale, risulta fondamentale analizzare gli scenari di degrado considerando attentamente la posizione, l'estensione e il grado di corrosione degli elementi strutturali. Questa analisi è essenziale per consentire una valutazione accurata della resistenza residua e dell'integrità complessiva della struttura (Kim et al., 2013).

Principali forme di corrosione

Il fenomeno della corrosione dei materiali è influenzato principalmente da due fattori fondamentali: le caratteristiche intrinseche dei materiali e le condizioni ambientali a cui sono esposti. Tra le variabili ambientali di maggiore rilevanza vi sono la temperatura dell’aria, la salinità, la concentrazione di anidride solforosa e il tempo di umidità (Time of Wetness, TOW).

La corrosione dei metalli può manifestarsi in diverse forme, a seconda delle modalità con cui il processo si sviluppa sulla superficie. Tra queste, si distinguono la corrosione uniforme, che coinvolge tutta la superficie in modo omogeneo, e la corrosione localizzata, che interessa aree specifiche. Altri tipi comprendono la corrosione sotto sforzo, che si verifica in presenza di tensioni residue o applicate, la corrosione per fatica, legata a carichi ciclici, e la corrosione dovuta all'interazione tra diversi metalli (corrosione galvanica).

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