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Sollevamento sincronizzato con martinetti
La chiave per il restauro di un ponte a Puerto Rico |
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Vi sono casi in cui tutto deve procedere in base ad un piano predefinito e dove la presenza di una seconda possibilità è limitata o inesistente. Il recente raddrizzamento, a Puerto Rico, di un ponte in muratura risalente a 150 anni fa, pericolosamente inclinato, era quel tipo di condizione.
Completato nel 1853, il ponte sul Rio Piedras è la parte più antica ancora in opera dell'autostrada centrale che unisce San Juan a Caguas. Il ponte con archi in mattoni è elencato nel Registro nazionale dei luoghi storici ed è rimasto costantemente in uso finché una delle sue tre campate non è crollata. Adesso il Ministero dei trasporti statunitense (U.S. Department of Transportation) sta finanziando un restauro del ponte della durata prevista di due anni, per un costo di quattro milioni di dollari. |
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Il ponte sul Rio Piedras. Una delle tre campate è crollata e la colonna di destra è pericolosamente inclinata. (Il moderno ponte alle sue spalle fa parte dell'autostrada 1). |
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Una sfida
La colonna a est, adiacente alla campata crollata, presentava una grande sfida. Alcuni pali in legno che supportavano la colonna erano sprofondati rispetto al loro livello originale. Pertanto la colonna che misura all'incirca 2,13 x 7,62 m (7x25 piedi) alla base, si era inclinata di 36,20 cm (14¼ pollici) all'estremità a monte e di 3,81 cm (1½ pollici) lungo un lato.
I martinetti idraulici delle corrette dimensioni potevano facilmente fornire la forza necessaria per sollevare la colonna dal fondo melmoso del fiume e riposizionarla. Le vera sfida consisteva nel metodo di applicazione delle forze per sollevare la colonna senza spezzarla.
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La colonna inclinata vista dall'appoggio della campata crollata. Le quattro travi di sollevamento si estendono nella colonna con sotto un piedistallo per i martinetti. Un piedistallo simile è stato realizzato dall'altro lato della colonna. (Sono stati installati dei sostegni diagonali per prevenire un'ulteriore inclinazione).
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| Come ci si poteva aspettare, alcuni campioni estratti dal nucleo della colonna avevano confermato la scarsa resistenza alla trazione della malta vecchia di 150 anni. (Il che non rappresentava una vera minaccia per il ponte in sé, dato che tutti gli elementi del ponte sono soggetti a compressione). Era chiaro che i punti di sollevamento dovevano essere posizionati il più in basso possibile nella colonna. |
Preparazioni
Immediatamente sopra il piede della colonna, sono stati praticati quattro fori quadrati passanti da parte a parte, per l'inserimento di travi di sollevamento. Successivamente, è stato realizzato uno stampo cavo all'interno e intorno a ciascun foro. Quindi è stata iniettata una malta liquida a bassa viscosità, maturata lentamente, a 500-600 psi ed è stata mantenuta sotto pressione per vari giorni in modo da farla penetrare nel materiale della colonna intorno a ciascun foro.
Nel frattempo, parallelamente a ciascun lato della colonna, sono state inserite delle larghe solette in calcestruzzo sormontate da piedistalli per i martinetti idraulici. Una volta completato il processo, nei quattro fori sono state inserite delle travi di sollevamento da 40,64 x 40,64 cm (16x16 pollici). Come ulteriore misura di sicurezza, è stata aggiunta una trave a I trasversalmente alle quattro travi di sollevamento, su ciascun lato della colonna, ed è stata fissata al piede della colonna originale a ciascuna estremità (foto 2). Le traverse aggiuntive dovevano servire per distribuire le forze di sollevamento ed anche per applicare una forza di sollevamento a ciascuna estremità del piede. A questo punto la colonna era pronta per essere sollevata.
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Il sistema idraulico provvede al sollevamento
È stato scelto un sistema di sollevamento sincronizzato Enerpac per applicare e orchestrare le forze alle estremità delle travi di sollevamento. Questo particolare sistema utilizza otto martinetti da 150 tonnellate, con una corsa di 15,24 cm (6 pollici). Ogni martinetto è fornito di un controdado e dotato di: manometro, valvola di controllo, elettrovalvola e sensore di posizione.
I sensori di posizione forniscono i segnali di ingresso ad un sistema di controllo basato su PLC (foto 4) che attiva l'elettrovalvola per l'azionamento dei cilindri. |
Uno degli otto cilindri di sollevamento. Sulla sinistra, è visibile una parte di un altro cilindro, mentre sulla destra, in primo piano, è ripresa un'altra trave di sollevamento. |
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I sensori sono stati semplicemente fissati con morsetti a C a ciascuna trave di sollevamento. Tali sensori utilizzano una prolunga che si srotola dall'alloggiamento del sensore in modo simile ad un metro a nastro. L'estremità della prolunga del sensore è stata mantenuta in posizione sul piedistallo in calcestruzzo tramite un peso.
Il sistema idraulico è stato azionato da una pompa elettrica a 115 V da 10.000 psi, 1,5 hp, con pistone radiale e serbatoio da 37,85 litri (10 galloni). |
Il sollevamento
Con forze applicate e spostamento monitorati su tutti e otto i punti di sollevamento e la troupe di una rete televisiva di San Juan che riprendeva l'evento, è stato iniziato il sollevamento. Il sistema di controllo ha gradualmente applicato la pressione ai cilindri, proporzionalmente alla distanza di cui ogni punto di sollevamento doveva essere alzato. È stata posta una particolare attenzione a mantenere un precarico su tutti i punti di sollevamento, inclusi quelli che non richiedevano uno spostamento.
Mentre i cilindri iniziavano a muoversi, è diventato palese che il lato ovest della colonna non si stava muovendo. Al contrario, i martinetti da quel lato stavano spingendo i loro piedi nel letto del fiume. Quindi è stata focalizzata l'attenzione nell'applicare le forze dei martinetti lungo il lato ovest finché il piede da quel lato smettesse di spostarsi o sprofondasse troppo. |
Fortunatamente, il piede ovest è sprofondato in maniera abbastanza uniforme ed ha cessato di muoversi dopo essere sceso di vari centimetri. Il sollevamento della colonna è stato quindi ripreso.
Il sollevamento doveva essere fatto a stadi fino a raggiungere lo spostamento di 36,20 cm (14¼ pollici) richiesto all'estremità sud della colonna. Ad ogni estensione dei cilindri, dei supporti a martinetto con piastre di spessore sostenevano il carico (foto 3) mentre i cilindri venivano abbassati e riposizionati per la fase di sollevamento successiva.
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Anziché utilizzare cilindri a doppia azione o con richiamo a molla, gli ingegneri Enerpac avevano dotato il sistema di pompe idrauliche con una disposizione venturi - valvola per fornire una capacità di richiamo quasi servoassostita per i cilindri dei martinetti a singola azione. Questa economica soluzione ha dato ottimi risultati nell'abbassamento dei cilindri fra i vari stadi del sollevamento.
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Per il sollievo di tutti, la colonna non si è spezzata. Con un leggero sollevamento aggiuntivo applicato al lato ovest per compensare la base "morbida", il sollevamento con martinetti è stato completato in circa tre ore. Il sollevamento ha riportato alla luce il fondo del pali in legno che sono stati trovati in ottime condizioni, considerando che erano stati completamente sommersi. La presenza di batteri anaerobici nella sporcizia rimasta a lungo indisturbata sotto la colonna era indiscutibile, dato il fetore che emanava.
Infine il piede originale riposizionato è stato stabilizzato con l'iniezione di calcestruzzo sotto e intorno al piede stesso. Mentre la forza bruta del sollevamento tramite martinetti avrebbe ridotto la colonna del ponte risalente al XVII secolo ad un cumulo di macerie, il sollevamento sincronizzato l'ha riportata con successo in posizione verticale.
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Il raddrizzamento del ponte inclinato tramite un sistema idraulico sincronizzato è da considerarsi il più adatto. |
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Infine il piede originale riposizionato è stato stabilizzato con l'iniezione di calcestruzzo sotto e intorno al piede stesso. Mentre la forza bruta del sollevamento tramite martinetti avrebbe ridotto la colonna del ponte risalente al XVII secolo ad un cumulo di macerie, il sollevamento sincronizzato l'ha riportata con successo in posizione verticale.
Ponte Rio Piedras
| Completato: |
1853 |
| Lunghezza: : |
21.5m |
| Campata centrale : |
9.1m |
| Tip: |
Arcata semicircolare, tre sezioni |
| Materiali : |
Costruzione in mattoni e malta, successivamente intonacata per limitare l'erosione. |
| Dispositivi ustenzzili |
Segment |
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Edilizia (Ponti) |
| Applicazione |
Funzione |
| Ponti |
Sollevamento con martinetti |
© Enerpac 2004
www.enerpac.it
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