Sotto l’8% resta l’errore relativo tra risultati numerici e misure sperimentali nel modello accoppiato fluido-struttura sviluppato per riprodurre l’azione di esplosioni in campo prossimo su un pilo in cemento armato prefabbricato a segmenti. È il traguardo di validazione raggiunto dallo studio di Lu Liu, Zhouhong Zong, Yulin Shan, Yao Yao, Chenglin Li e Yihao Cheng, pubblicato su CivilEng (Vol. 6, pag. 53, doi: 10.3390/civileng6040053), che si chiude con coefficienti di carico e una formula di calcolo indicati per la progettazione resistente all’esplosione di questa tipologia strutturale.
Il vuoto normativo sul carico esplosivo per i ponti
Un’esplosione, derivi da ordigni bellici o da un attentato terroristico, può indurre danni fino al collasso globale di un ponte. Le specifiche di progetto attuali per i ponti non propongono però linee guida chiare sulla progettazione resistente all’esplosione, né indicazioni sulle misure di protezione da adottare sotto carico esplosivo.
La lacuna normativa si intreccia con un tema costruttivo. Con l’avanzare della costruzione intelligente, i pili prefabbricati a segmenti per i ponti sono diventati una tendenza principale nello sviluppo del settore, mentre la loro prestazione sotto esplosione non è ancora pienamente compresa. Su questo doppio fronte, normativo e conoscitivo, si colloca il lavoro.
Dalla prova di esplosione in aria al modello accoppiato fluido-struttura
L’obiettivo è un metodo di calcolo di ingegneria per il carico esplosivo che agisce su un pilo tipico in cemento armato prefabbricato a segmenti sottoposto a esplosione in campo prossimo (near-field). Il percorso parte dalla sperimentazione: viene condotta una prova di esplosione in aria sul pilo, quindi viene costruito un modello numerico ad accoppiamento fluido-struttura della stessa struttura, strumento attraverso cui viene discussa l’interazione tra l’onda di shock e il pilo stesso.
Una volta consolidata l’affidabilità del modello, la simulazione numerica dell’esplosione in campo prossimo consente di analizzare la distribuzione del carico esplosivo agente sull’elemento.
Sovrappressione riflessa sul pilo e sovrappressione incidente in campo libero
La verifica si concentra su due grandezze: la sovrappressione riflessa che agisce sul pilo e la sovrappressione incidente nel campo libero. Entrambe risultano affidabili nella rappresentazione numerica. I risultati della simulazione sono sostanzialmente coerenti con quelli sperimentali, con l’errore relativo contenuto sotto l’8%. È questo esito a qualificare il modello accoppiato fluido-struttura come ragionevole e affidabile.
Riflessione e circolazione dell’onda di shock attorno al pilo
L’onda di shock non interessa soltanto la faccia esposta: attorno al pilo sviluppa effetti di riflessione e di circolazione che condizionano la distribuzione del carico. Da questa lettura discendono le semplificazioni più utili per il progettista. Nelle esplosioni in campo prossimo, i carichi esplosivi sul lato posteriore e sui fianchi del pilo possono essere trascurati nella progettazione resistente all’esplosione. Il carico frontale, invece, può essere semplificato e reso equivalente.
Coefficienti di carico e formula per il picco di sovrappressione equivalente
La parte finale del lavoro traduce i risultati in strumenti operativi. Viene proposto un set di coefficienti di carico per la progettazione resistente all’esplosione, pari a 1; 0,2; 0,03; 0,02 e 0,01, insieme a una formula di calcolo del valore massimo del picco di sovrappressione equivalente. L’ambito di validità dichiarato per la formula coincide con le distanze scalate comprese tra (0{,}175\,\text{m/kg}^{1/3}) e (0{,}378\,\text{m/kg}^{1/3}).
Costruiti su una tipologia di pilo precisa e calibrati sul confronto con la prova, coefficienti e formula sono proposti come riferimento per la progettazione resistente all’esplosione di pili prefabbricati a segmenti in cemento armato.
Il quadro di fondo resta quello di un settore in cui le specifiche di progetto per i ponti non offrono indicazioni codificate sul carico esplosivo: disporre di un set di coefficienti e di una correlazione sulla distanza scalata, supportati da prove e simulazioni con scarti contenuti, fornisce al calcolista un punto di partenza quantitativo delimitato all’intervallo indagato.
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