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"Progettazione del ponte sul fiume Serchio a collegamento fra la SR445 e Via Enrico Fermi in localita Pontecosi, Castelnuovo Garfagnana (Lucca)"

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Academic year: 2021

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Sommario

1. Introduzione...pag.6 2. Inquadramento dell’opera...pag.7

2.1 Collocazione geografica dell’intervento...pag.7 2.2 Valutazione della stabilità dei pendii...pag.11 2.3 Valutazione del problema idraulico...pag.12

3. Criteri di scelta della soluzione tecnologica adottata...pag.14

3.1 Soluzioni tecnologiche proposte e loro dimensionamento...pag.14 3.1.1 Illustrazione della prima soluzione tecnologica: Ponte strallato asimmetrico...pag.14 3.1.2 Illustrazione della seconda soluzione tecnologica: Ponte ad arco unico a spinta eliminata...pag.20 3.1.3 Illustrazione della terza soluzione tecnologica: Ponte ad arco doppio a via intermedia...pag.24 3.2 Valutazione economica e qualitativa delle soluzioni proposte...pag.26 3.3 Illustrazione della scelta tecnologica adottata e criteri che hanno dettato tale scelta...pag.28

4. Analisi strutturale...pag.30

4.1 Analisi globale statica...pag.31 4.2 Analisi sismica a spettro di risposta (analisi lineare dinamica)...pag.31 4.3 Materiali adottati e riferimenti normativi...pag.35 4.4 Analisi dei carichi...pag.38

4.4.1 Pesi propri strutturali...pag.38 4.4.2 Pesi propri non strutturali...pag.39 4.4.3 Carichi variabili...pag.39 4.4.4 Azioni termiche...pag.42 4.4.5 Azioni dovute al ritiro del cls...pag.44 4.4.6 Azioni variabili dovute al traffico e alla presenza di persone...pag.45 4.4.7 Azione sismica...pag.50 4.5 Combinazioni di carico...pag.55

5. Verifiche...pag.58

5.1 Verifiche globali...pag.58 5.1.1 Verifiche impalcato...pag.58 5.1.1.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.65

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5.1.1.2 Verifiche di stabilità dei pannelli...pag.74 5.1.1.3 Dimensionamento dei connettori a taglio...pag.80 5.1.1.4 Verifiche SLE...pag.80

5.1.1.4.1 Verifiche delle tensioni nei materiali...pag.81 5.1.1.4.2 Verifica fessurazione del cls...pag.81 5.1.1.4.3 Verifiche SLE dei connettori...pag.82 5.1.2 Verifiche aste delle controventature orizzontali e verticali...pag.84

5.1.2.1 Verifiche diagonale controvento verticale...pag.85 5.1.2.1.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.86 5.1.2.1.1.1 Verifica a compressione del diagonale...pag.86 5.1.2.1.1.2 Verifica a trazione del diagonale...pag.87 5.1.2.1.2 Verifiche di stabilità...pag.88 5.1.2.2 Verifiche corrente superiore controvento verticale...pag.90

5.1.2.2.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.91 5.1.2.2.1.1 Verifica a trazione del corrente superiore...pag.91 5.1.2.3 Verifiche diagonale del controvento orizzontale...pag.92

5.1.2.3.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.93 5.1.2.3.1.1 Verifica a trazione del diagonale...pag.93 5.1.2.3.1.2 Verifica a compressione del diagonale...pag.94 5.1.2.3.2 Verifiche di stabilità...pag.94

5.1.2.3.2.1 Verifica di stabilità per compressione del profilo...pag.94 5.1.3 Verifiche delle sezioni costituenti le arcate...pag.95

5.1.3.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.99 5.1.3.1.1 Verifica a compressione del profilo tubolare...pag.99 5.1.3.1.2 Verifica a taglio del profilo tubolare...pag.101 5.1.3.1.3 Verifica a flessione monoassiale del profilo tubolare...pag.104 5.1.3.1.4 Verifica a torsione del profilo tubolare...pag.107 5.1.3.2 Verifiche di stabilità...pag.109

5.1.3.2.1 Verifica di instabilità flessionale del profilo tubolare...pag.109 5.1.3.2.2 Verifica di instabilità per presso-flessione biassiale del profilo tubolare...pag.113

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5.1.4.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.120 5.1.4.1.1 Verifica a trazione del profilo tubolare del traverso...pag.120 5.1.4.1.2 Verifica a compressione del profilo tubolare del traverso...pag.121 5.1.4.1.3 Verifica a flessione del profilo tubolare del traverso...pag.122 5.1.4.1.4 Verifica a taglio del profilo del traverso...pag.123 5.1.4.1.5 Verifica a torsione del profilo tubolare del traverso...pag.125 5.1.4.1.6 Verifica a presso-flessione del profilo tubolare del traverso...pag.126 5.1.4.2 Verifiche di stabilità...pag.128

5.1.4.2.1 Verifica di stabilità per compressione del profilo tubolare del traverso...pag.128 5.1.4.2.2 Verifica di stabilità per presso-flessione del profilo tubolare del traverso...pag.129 5.1.5 Verifica dei puntoni di collegamento fra le arcate e l'impalcato...pag.130

5.1.5.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.131 5.1.5.1.1 Verifica a trazione del profilo tubolare del puntone...pag.131 5.1.5.1.2 Verifica a compressione del profilo tubolare puntone...pag.132 5.1.5.1.3 Verifica a flessione del profilo tubolare del puntone...pag.133 5.1.5.1.4 Verifica a taglio del profilo tubolare del puntone...pag.133 5.1.5.1.5 Verifica a torsione del profilo tubolare del puntone...pag.134 5.1.5.1.6 Verifica a presso-flessione del profilo tubolare del puntone...pag.135 5.1.5.2 Verifiche di stabilità...pag.135

5.1.5.2.1 Verifica di stabilità per compressione del profilo tubolare del puntone...pag.135 5.1.5.2.2 Verifica di stabilità per presso-flessione del profilo tubolare dei puntoni...pag.136 5.1.6 Verifiche dei pannelli di rinforzo a collegamento fra le arcate e l'impalcato...pag.137

5.1.6.1 Verifica tensionale dei pannelli di rinforzo...pag.138 5.1.7 Verifiche dei remi laterali d'impalcato...pag.145

5.1.7.1 Verifica tensionale dei remi laterali d'impalcato...pag.147 5.1.8 Dimensionamento dei tiranti del ponte...pag.149 5.1.9 Dimensionamento dei dispositivi di vincolo del ponte...pag.153 5.1.10 Dimensionamento dei giunti stradali...pag.157 5.1.11 Verifiche trave pulvino...pag.160

5.1.11.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.161 5.1.11.1.1 Dimensionamento delle armature a flessione...pag.161

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5.1.11.1.2 Dimensionamento delle armature di diffusione...pag.163 5.1.11.1.3 Dimensionamento delle armature trasversali...pag.164 5.1.11.2 Verifiche SLE...pag.165

5.1.11.2.1 Verifiche fessurazione...pag.165 5.1.11.2.2 Verifica di controllo delle tensioni nei materiali...pag.165 5.1.12 Verifiche del fusto delle pile...pag.166

5.1.12.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.169 5.1.12.1.1 Dimensionamento delle armature a flessione...pag.169 5.1.12.1.2 Dimensionamento delle armature trasversali...pag.170 5.1.12.1.3 Verifiche a presso-flessione biassiale...pag.171 5.1.12.2 Verifiche SLE...pag.172

5.1.12.2.1 Verifica fessurazione...pag.172 5.1.12.2.2 Verifica di controllo delle tensioni nei materiali...pag.173 5.1.13 Verifiche della platea di fondazione delle pile...pag.174

5.1.13.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.175 5.1.13.1.1 Dimensionamento delle armature a flessione...pag.175 5.1.13.1.2 Dimensionamento delle armature trasversali...pag.175 5.1.13.2 Verifiche SLE...pag.176

5.1.13.1.2.1 Verifica fessurazione...pag.176 5.1.13.1.2.2 Verifica di controllo delle tensioni nei materiali...pag.176 5.1.14 Verifiche delle palificate delle due pile...pag.177

5.1.14.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.181 5.1.15 Verifiche dei blocchi di fondazione delle arcate...pag.183

5.1.15.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.183 5.1.15.1.1 Dimensionamento delle armature a flessione...pag.183 5.1.15.1.2 Dimensionamento delle armature trasversali...pag.184 5.1.15.2 Verifiche SLE...pag.184

5.1.15.2.1 Verifica fessurazione...pag.184 5.1.15.2.2 Verifica di controllo delle tensioni nei materiali...pag.185 5.1.16 Verifiche delle platee di fondazione delle arcate...pag.185

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5.1.16.1.1 Dimensionamento delle armature a flessione...pag.185 5.1.16.1.2 dimensionamento delle armature trasversali...pag.186 5.1.16.2 Verifiche SLE...pag.186

5.1.16.2.1 Verifica fessurazione...pag.186 5.1.16.2.2 Verifica di controllo delle tensioni nei materiali...pag.187 5.1.17 Verifiche delle palificate delle fondazioni delle arcate...pag.187

5.1.17.1 Verifiche SLU e Sismiche...pag.187 5.2 Dimensionamento delle armature dei pali...pag.192 5.2.1 Dimensionamento delle armature longitudinali...pag.193 5.2.2 Dimensionamento delle armature trasversali...pag.193 5.3 Verifiche locali della soletta...pag.194

6. Stabilità dei sistemi ad arco...pag.195

6.1 Instabilità laterale delle strutture ad arco...pag.199 6.2 Ricerca del moltiplicatore critico dei carichi...pag.201

7. Fasi costruttive...pag.205 8. Conclusioni...pag.207 6.1 Conclusioni inerenti l'aspetto economico dell'opera...pag.207

6.2 Conclusioni riguardanti gli aspetti progettuali...pag.207 6.3 Valutazioni sulla realizzazione...pag.208

9. Bibliografia...pag.214 Ringraziamenti...pag.215

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1. INTRODUZIONE

La seguente tesi ha come oggetto l’ipotesi della realizzazione di un ponte a completamento del progetto della nuova variante di Castelnuovo Garfagnana realizzata nel 2011 dall’Amministrazione Provinciale di Lucca. Tale opera svolgerebbe la funzione di collegamento fra la SR445 e Via Enrico Fermi che dalla rotonda della nuova variante in zona Pontecosì permette di raggiungere la zona industriale di Castelnuovo, permettendo così di poter deviare al di fuori del centro della cittadina il traffico veicolare dei mezzi pesanti che devono raggiungere la zona industriale. La finalità si può raggiungere solo effettuando un attraversamento del corso fluviale del fiume Serchio proprio in prossimità della zona di confluimento del torrente Castiglione nell’alveo del fiume. Un problema che subito sale all’occhio è la notevole differenza fra le quote dei piani viabili di entrambe le vie di comunicazione da collegare. Tale problema risulta essere quello più preponderante e di non facile risoluzione, in quanto se da un lato possiamo ridurre solo in forma lieve la differenza fra tali quote dei piani viabili spostando i punti di inizio e fine collegamento lungo le due sponde del fiume, dall’ altro abbiamo il repentino aumento della lunghezza richiesta per la campata del ponte di collegamento. Dopo aver fatto diverse considerazioni riguardo la collocazione planimetrica di tale opera e sul suo orientamento , la soluzione ritenuta più ragionevole in termini di costi/benefici è stata quella che permetteva con moderate pendenze sia per i tratti costituenti i raccordi in sopraelevata sia per la struttura l’attraversamento dell’ostacolo fluviale. Per poter quindi mantenere accettabili e contenuti i valori delle pendenze stradali è stato necessario ipotizzare la realizzazione di un tratto stradale sulla sponda sinistra (sponda ovest) che collegasse il punto di sbarco del ponte con la strada SR445 altimetricamente posta a quota maggiore rispetto la struttura. Per riuscire a scontare tale dislivello mantenendo una pendenza del tracciato altimetrico inferiore al limite imposto dalla normativa italiana per tale categoria stradale (per strade extraurbane di tipo F1 la normativa prevede una pendenza massima inferiore al 10% ) e comunque in termini accettabili a garantire una buona sicurezza e una confortevole percorrenza del tracciato stesso è stato necessario realizzare un tratto di strada dell’ordine dei 400 m. Per la sponda destra (sponda est) il collegamento dovrà essere effettuato mediante due raccordi che si staccheranno dalla strada principale sia in termini planimetrici che altimetrici e la corsia di uscita dalla strada principale correrà parallelamente ad essa per un breve tratto dopo il quale effettuerà una curvatura di invito verso destra, ma non ci sarà un attraversamento del raccordo rispetto alla via principale, ma sarà solamente una manovra di divergenza dalla stessa. Le cose cambiano invece per il raccordo di uscita dall’opera e di immissione nella strada principale (sempre sponda est), infatti subito in uscita dal ponte la strada effettuerà una curva verso sinistra passando al di sopra di Via Enrico fermi (altro vincolo importante è stato il tener conto della differenza minima di altezza fra il piano viabile della via inferiore e l’intradosso della via superiore e pari a 5m secondo l’attuale normativa). In tale tesi in particolare verranno affrontati i vari passaggi che hanno portato alla scelta tecnologica finale, come la valutazione economica dell’opera nel suo complesso, la sua concezione, le scelte tecnologiche secondarie e di dettaglio.

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2.INQUADRAMENTODELL’OPERA

2.1 Collocazione geografica dell’intervento

L’opera oggetto di tale intervento verrebbe realizzata nella zona di Castelnuovo di Garfagnana (Provincia di Lucca), cittadina sita a +270 m.s.l.m. , più precisamente nella zona di Pontecosi. Lla scelta del tracciato ha portato a definirne quindi anche l’orientamento, in quanto per poter svolgere la funzione di collegamento fra le due vie di comunicazione, è necessario bi-passare l’alveo del fiume Serchio proprio in prossimità della diga del lago di Pontecosi. Tale necessità implicherebbe non pochi problemi qualora fossimo costretti a realizzare pile in alveo, in quanto siamo proprio a ridosso della diga del bacino artificiale. Per la soluzione tecnica da noi scelta, tale inconveniente non risulta vincolante, in quanto non si presenta la necessità di realizzare alcuna struttura in alveo. Le pile della campata principale infatti sono state progettate fuori alveo, ed esternamente alla zona interessata dal confluimento della portata di massima piena duecentennale. Tale accorgimento riduce notevolmente il pericolo di scalzamento delle fondazioni dovuto alla forza erosiva delle piene di una certa entità. Il contesto ambientale è un contesto prevalentemente montano, con possibilità di nevicate nel periodo invernale e probabili formazioni di ghiaccio in alcuni tratti. Di seguito si riporta una mappa della zona in cui verrà inserita l’opera.

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Nel novembre del 2014 lungo la SR445 furono installate due stazioni d rilevamento del traffico, i cui dati sono di seguito riportati. Entrambe le stazioni furono installate sulla corsia che compete la direzione di arrivo per chi vuole raggiungere Castelnuovo, e più precisamente sono state collocate una poco prima della rotonda (subito prima della diramazione) e una subito dopo la diramazione (subito a valle della rotonda ma non nel ramo della variante che ci interessa. Questa posizione della stazione permette (salvo i rari casi di veicoli che hanno percorso la rotonda in maniera completa e hanno preso la direzione opposta al tratto percorso all’andata) di ricavare per differenza i veicoli che hanno percorso il ramo di variante di nostro interesse e dal quale è stato ipotizzato il collegamento viabile con il ponte. Di seguito si riportano alcuni grafici e dati relativi ai due rilievi, e infine una tabella riassuntiva della stima dei veicoli che si è previsto possano percorrere il ramo di strada considerato, di questi veicoli una parte imboccherà il raccordo che permetterà l’attraversamento del fiume percorrendo il ponte, mentre l’altra continuerà il proprio itinerario attraversando la zona industriale e imboccando Via Enrico Fermi. Non abbiamo però dati sufficienti per poter definire in maniera più precisa quali siano le due percentuali e quali siano le caratteristiche tipologiche dei vari veicoli costituenti tali percentuali.

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2.2 Valutazione della stabilità dei pendii

La valutazione della stabilità dei pendii e la caratterizzazione litologica dei terreni, e la conoscenza dei parametri meccanici dei vari strati costituenti il sottosuolo, permette di avere una conoscenza più approfondita della capacità portante del terreno, e quindi anche della sicurezza e affidabilità dello stesso. Inoltre permette di conoscerne il comportamento in determinate circostanze di carico, come per esempio in presenza di sisma. Dobbiamo premettere che per quanto riguarda la caratterizzazione della sponda est eravamo in possesso della relazione geologica presentata per la realizzazione del tratto di variante oltre a varie mappe geologiche, e ad una stratigrafia dettagliata. Questo materiale ci ha permesso di ricavare i parametri meccanici dei vari strati di terreno caratterizzanti il suolo, per poterli poi utilizzare nel dimensionamento delle opere di fondazione del ponte e quindi anche nella scelta tipologica delle stesse. Altro aspetto di fondamentale importanza è la valutazione della stabilità dei pendii limitrofi o interessati dalla presenza dell’opera stessa e delle opere accessorie, quali i raccordi sopraelevati. A tal fine abbiamo fatto riferimento alla Carta della franosità del bacino del fiume Serchio (ultimo aggiornamento Luglio 2012) adottata sempre per la realizzazione della variante , dalla quale risulta che per la sponda est i potenziali problemi potrebbero essere dovuti alla capacità portante del terreno o alla eccessiva entità dei cedimenti, aspetti che verranno affrontati in fase progettuale. Per quanto riguarda invece la sponda ovest, dalla carta di franabilità si evince la presenza di una bassa suscettibilità del terreno a franare, inoltre per tale zona (sponda ovest) non esistono dati certi sia sulla caratterizzazione del sottosuolo (stratigrafia) ne delle relative caratteristiche meccaniche dei vari strati. Nell’ambito di questa tesi, essendo quindi in mancanza di dati utili per tale zona (sponda ovest), al solo scopo semplificativo sono state assunte le stesse stratigrafie e le medesime caratteristiche dei terreni costituenti la sponda est. Una particolare attenzione andrà invece tenuta nei confronti della zona della sponda ovest dove avremo la diramazione e l’inizio del tratto di strada da realizzare che avrà la funzione di collegare la strada SR445 con l’opera, poiché tale zona presenta secondo la carta una frana potenzialmente attiva, ne dovrà pertanto essere verificata la sua entità e dovranno essere previsti opportuni interventi di stabilizzazione e messa insicurezza del versante. Di seguito si riporta uno stralcio della carta relativa alla zona di nostro interesse e delle carte geologiche.

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Figura 4: Stralcio della carta geologica del sito.

Figura 5: Parametri meccanici della stratigrafia in esame .

2.3 Valutazione del problema idraulico

La collocazione dell’opera subito a ridosso della diga di sbarramento comporta come detto in precedenza di porre particolare attenzione qualora si decida di realizzare pile all’interno dell’alveo fluviale, come specificato questo aspetto non risulta influente riguardo la scelta tecnologica adottata, ma tale vicinanza comporta che si possano avere dei valori di portata massima due centennale di valore non trascurabile, con conseguente allagamento di zone che normalmente non dovrebbero essere suscettibili di allagamento, e quindi l’insorgenza di eventuali problemi di carattere idraulico. La mancanza di pile in alveo esclude automaticamente l’effettuazione delle verifiche dovute agli urti di natanti contro le stesse secondo quando riportato nelle NTC 2008 e successiva circolare n°617 del 2 febbraio 2009. Un parametro fondamentale di cui tener conto è il valore della massima piena due centennale del fiume, tale valore risulta fortemente influenzato oltre dalla presenza del bacino artificiale, anche dal confluimento del torrente Castiglione in un punto sito subito a monte della nostra opera. Il valore della massima piena duecentennale fornito dall’Autorità di Bacino del fiume Serchio si attesta sui 1151,6 m3/s . Tale valore risulta abbastanza elevato

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simulazione della piena, in quanto la stazione idrometrica più vicina è sita a qualche km più a nord della nostra zona, e comunque in una zona troppo distante e per dare valori attendibili e subito utilizzabili, inoltre si trascurerebbero i contributi dei vari torrenti che sfociano nel fiume nel tratto compreso fra la stazione idrometrica e la nostra opera, contributi non trascurabili dato l’elevato numero di questi affluenti. Il passo successivo è stato quello di identificare la sezione effettivamente occupata dalla massa di acqua durante il confluimento della massima portata di piena duecentennale, pertanto si è proceduto nel seguente modo:

A) E stata per prima cosa attraverso la mappa su curve di livello Carta Tecnica Regionale (fornita dal sito Geoscopio.it in varie scale e formati) , successivamente è stata costruita una sezione dell’alveo seguendo il tracciato dell’opera;

B) E' stata assunta come ipotesi semplificativa un valore medio della velocità di flusso pari a 2m/s , valore abbastanza attendibile, e che da comunque un valore massimo di area occupata dalla massima piena, un quanto il valore subito inferiore di velocità di 1m/s darebbe si un ulteriore valore maggiore di sezione bagnata, ma sarebbe irreale avere un flusso di velocità cosi bassa in tali particolari condizioni.

C)Una volta ricavato il valore della sezione occupata dalla massa di acqua che defluisce è stata ricavata per tentativi l’identificazione del pelo libero della stessa.

Si riporta di seguito in figura la sezione ricavata con tale metodo e la quota identificata dalla sezione occupata dalla massa d’acqua. In tale sezione si nota la collocazione delle pile del ponte nella zona esterna non occupata da tale sezione, inoltre da sottolineare il fatto che la nostra sezione non si trova in un ansa ma poco dopo di essa non è stato necessario considerare un inclinazione del pelo libero rispetto all’orizzontale e dovuto alla curvatura dell’andamento del corso d’acqua.

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3. CRITERI DI SCELTA DELLA SOLUZIONE TECNOLOGICA ADOTTATA 3.1 Soluzioni tecnologiche proposte e loro dimensionamento

Una volta individuati l’orientamento e la collocazione planimetrica dell’opera, il passo successivo è stato quello di definirne la morfologia, ovvero di definirne tutte le sue parti. Per arrivare a questo sono state prima proposte , dimensionate e valutate tre soluzioni differenti di ponte a funzionamento statico differente , tutte però aventi una sezione di impalcato mista acciaio-cls, dove la parte di acciaio è costituita da un cassone metallico. Tali tipi di impalcato ricadono nelle fascia di strutture miste acciaio-cls, dove i comportamenti di entrambe i materiali, fra cui quello del cls (fortemente non lineare) e quello dell’acciaio collaborano fra di loro. Naturalmente il funzionamento della sezione trasversale rimane lo stesso per tutte e tre le sezioni dei diversi implacati. Come accennato ai punti precedenti, la necessità di dover coprire un dislivello non trascurabile fra le quote delle due sponde, ha comportato di dover adottare un andamento altimetrico del piano viabile del ponte con una pendenza del 2,34 %. Di seguito si riportano le soluzioni proposte e i passaggi sintetici che hanno portato al loro dimensionamento.

- SOLUZIONE A: Ponte strallato asimmetrico;

- SOLUZIONE B: Ponte ad arco unico a spinta eliminata; - SOLUZIONE C: Ponte a doppio .

3.1.1 Illustrazione della soluzione tecnologica: Ponte strallato asimmetrico

Le origini di tale schema statico risalgono con molta probabilità all’epoca medievale, durante la quale venivano realizzati i ponti levatoi dei castelli con sistemi di catene, anche se un uso più cosciente e competo di tale sistema si ebbe solo dalla metà del secolo scorso, dove i primi ponti realizzati erano principalmente a struttura metallica , come lo Strömsund in Svezia (1955) progettato da Dischinger con una campata centrale di 183 m sorretta da 4 stralli.

La realizzazione di ponti strallati si diffuse soprattutto in Germania dopo la fine della seconda guerra mondiale, durante la quale vennero distrutti parecchi attraversamenti sul Danubio. Ci fu quindi l'esigenza di ricostruirli, ma non fu facile, poiché la necessità garantire la navigabilità di tale fiume fissava l’ordine delle luci delle campate intorno ai 150m-300m. Tale condizione risultava estrema per alcuni sistemi adottati sino a quel momento, mentre sembrava la condizione ottimale per il sistema strallato, il quale non richiedeva la realizzazione di sostegni intermedi. In questo sistema l’impalcato solitamente una struttura molto snella è sorretto da uno o due ordini di tiranti chiamati stralli, che inizialmente venivano realizzati ad interassi dell’ordine di 15-30m (concentrate cable system), mentre poi successivamente siamo passati ai 6-15m (multi cable system). Inizialmente per sorreggere l’impalcato non venivano utilizzate delle funi ma dei veri e propri profilati in acciaio, successivamente si è passati all’uso di funi in acciai adeguatamente trattati che permettono alti limiti di resistenza ed un elevato limite elastico. Dopo gli anni cominciò a diffondersi l’uso dei calcolatori elettronici che permisero così di raggiungere livelli di calcolo sempre maggiori con notevole riduzione delle tempistiche rispetto al calcolo manuale , questa nuova risorsa ha permesso di raggiungere livelli di ottimizzazione dei materiali che prima era impensabile raggiungere. L’utilizzo del sistema a multicavi (multi cable system) ha permesso di ridurre la richiesta di rigidezza flessionale dell’impalcato e quindi di poterne ridurre notevolmente gli spessori, i valori sempre più ridotti degli

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comportato non solo un più facile trasporto ed una messa in opera più agevole degli stessi, ma ha ridotto notevolmente il valore delle tensioni che si accumulavano agli agganci degli stessi con l’impalcato e con l’antenna, quindi di conseguenza anche un minor onere nella progettazione dei punti di ancoraggio degli stessi. Un parametro importante per i ponti strallati è il rapporto fra la luce libera della campata principale (L) e l’altezza dell’antenna (H). Tale rapporto è molto importante al fine dell’identificazione del comportamento statico del sistema, un esempio dei valori di tale rapporto per vari ponti strallati realizzati sino ad oggi è riportato nella tabella sottostante.

Figura 7: Tabella relativa al rapporto L/H per ponti strallati recentemente realizzati.

Lo schema astatico adottato per il calcolo di questa tipologia di ponte è un sistema semplificato, composto da bielle, e nel quale l’ implacato lo si considera interrotto dalle stesse in corrispondenza degli ancoraggi, ciò dato che l’ impalcato in tali ponti risulta molto snello e quindi presenta una modesta rigidezza dal punto di vista flessionale non comporta errori sensibili nella risoluzione. Un aspetto molto importante se non principale del cable system è la sua stabilità, ovvero la definizione delle condizioni di carico e di vincolo che riescono a garantire l’equilibrio di tale sistema, tale aspetto definisce anche le modalità con le quali deve essere trattato il problema, e quindi anche che tipologia di analisi adottare nella sua risoluzione. Lo schema a bielle può quindi risultare come:

A) Schema equilibrato del primo ordine: si definisce schema equilibrato del primo ordine uno schema nel quale l’equilibrio del sistema può essere raggiunto senza significativi spostamenti dei nodi della struttura, ciò comporta che si possa eseguire un analisi di tipo lineare , avendo però cura di utilizzare per gli stralli il modulo di elasticità equivalente (o modulo di Dishinger) per tener conto della riduzione della resistenza del cavo a causa della inflessione nel piano verticale e dovuta al peso proprio;

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della struttura, nella risoluzione di tale schema non è più valida l’adozione di un analisi di tipo lineare ma essendo presenti effetti del secondi ordine si necessita dell’utilizzo di un analisi di tipo non lineare,

C) Schema labile: In tali condizioni l’equilibrio non può essere ottenuto considerando lo schema come a bielle, e un ruolo fondamentale viene svolto dalla rigidezza dell’antenna e dell’impalcato , ciò però non significa che se non riusciamo a d ottenere l’equilibrio del sistema considerandolo a bielle la struttura nel suo complesso risulti instabile, in quanto è da ricordare che tale schema risulta pur sempre una semplificazione del funzionamento della struttura. Anche in questo è comunque necessario eseguire un analisi di tipo non lineare per la risoluzione del problema.

Un altro aspetto caratterizzante di queste opere è lo schema con il quale vengono disposti gli stralli, può sembrare di per se un aspetto di secondaria importanza o puramente estetico, ma non è così, in quanto l adozione di uno schema di disposizione degli stralli anziché di un altro può comportare notevoli variazioni dei valori degli sforzi ai capi dello strallo stesso con conseguente non trascurabile aumento per la progettazione del dettaglio dei punti di ancoraggio strallo-antenna e strallo-impalcato. I principali sistemi di disposizione gli stralli o quanto meno i più adottati sono principalmente due , lo schema “ a ventaglio” (sistema di tipo equilibrato del primo ordine) e lo schema “ad arpa” (schema di tipo labile) Negli ultimi anni si è aggiunto anche un terzo sistema di tipo intermedio fra i due elencati, dettato da un esigenza di ottimizzazione e dall’inconveniente che nasceva nell’utilizzo dello schema ad arpa, in quanto fra i primi due sistemi quello a ventaglio è quello che induce nell’impalcato uno sforzo normale pari alla metà di quello che di quello ad arpa. Nel sistema a ventaglio, il fatto che in tale disposizione gli stralli convergessero tutti nello stesso punto comportava un importante concentrazione di grandi sollecitazioni in una zona limitata, e quindi questo costituiva un onere in termini di materiale e di progettazione dei dettagli degli attacchi dei tiranti sul copro antenna. Tale inconveniente è stato risolto distribuendo in altezza e su di una zona più ampia i punti di arrivo dei vari stralli sull’ antenna. Di seguito una figura rappresentativa delle varie disposizioni degli stralli.

Figura 8: Rappresentazione del sistema di disposizione degli stralli ad "ventaglio" (sinistra) e ad "arpa" (destra).

Gli stralli sono un elemento fondamentale per questa tipologia di ponte, come prima accennato inizialmente tali elementi erano realizzati mediante profilati metallici, ad oggi invece si utilizzano cavi metallici, che presentano resistenza nulla a flessione e a compressione, presenta una resistenza minima al

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presentando rotture di tipo fragile. L’acciaio utilizzato per questo genere di elementi presenta un tenore di carbonio maggior rispetto al normale acciaio impiegato per la carpenteria metallica. Le tipologie di cavi più adottate sono le medesime:

- Funi monostrato (wire-strand): costituite da un filo centrale rettilineo e da un insieme di cavi esterni avvolti ad elica attorno al cavo centrale,con passo molto grande ,in modo da far si che l’asse dei fili esterni risulti solo di poco inclinato rispetto a quello del filo rettilineo e ciò permette di avere una rigidezza del trefolo molto vicina a quella del singolo filo;

- Funi spiroidali chiuse (locked-coil strands): Sono realizzate da successivi avvolgimenti di starti di fili , dove solitamente lo strato successivo è avvolto in senso opposto allo strato precedente, e dove il primo strato (cioè quello più interno avvolge a sua volta un nucleo realizzato da fili rettilinei. In tali cavi il nucleo interno è solitamente composto da pochi fili, mentre la maggior parte della sezione è composta da strati di fili a sezione trapezoidale o a z. Tali funi presentano una rigidezza inferiore rispetto a quella del singolo filo, solitamente la resistenza della fune corrisponde a circa l’80% della rigidezza del filo;

- Cavi a fili paralleli (parallel wire strand): Tali cavi vengono realizzati accostando tanti fili metallici a sezione cilindrica l’uno all’altro e protetti da speciali guaine di materiali plastici riempite con anticorrosivi. La rigidezza del cavo si può considerare pari all’incirca a quella del singolo filo metallico in quanto c’è completa assenza di inclinazione fra gli assi dei vari fili metallici.

CONCEZIONE DEL PONTE

La tipologia di struttura del ponte (prima soluzione proposta) adottata, consiste in uno strallato asimmetrico, composto da una campata principale di 158,32m , ed una di riva di 30 m (sponda est). L' antenna è realizzata in acciaio, presenta una tipica forma ad A ed ha un altezza complessiva di 63,13m. L’impalcato presenta una larghezza complessiva di 12,30m, e d un altezza pari a 1,85m (cassone + soletta) , composto come precedentemente anticipato da una soletta in cls assunta in fase di predimensionamento con spessore pari a 25cm e da un cassone metallico di altezza complessiva pari a 1,60m. Il cassone metallico presenta dei remi metallici laterali per favorire l’aggancio degli stralli sulla parte estrema di essi. Gli stralli sono distribuiti lungo la lunghezza dell'impalcato ad intervalli di 5m l’ uno dall’altro (eccezione fatta per i due campi esterni che sono di 4,16m cadauno), e lo stesso vale per i diaframmi interni che sono di tipo reticolare con diagonali di tipo a V invertito realizzati da 2L 180x180x15. La distribuzione in lunghezza lungo l’asse del ponte dei diaframmi e degli stralli, coincide con quella dei remi laterali. Anche i controventi di montaggio sono stati realizzati con gli stessi profilati e con la disposizione a croce di S.Andrea. La strallatura è realizzata da 7+7 stralli (disposti sui due lati per un numero complessivo di stralli pari a 28). La scelta dello strallo è ricaduta su funi chiuse di diametro pari a 82mm. Questo ponte anziché su due file di appoggi è stato pensato poggiante su tre file di appoggi, la prima costituita da due appoggi fissi installati sulla pila sinistra (sponda ovest) , la seconda fila installata sul traverso dell’antenna e costituito da due appoggi unidirezionali che permettono la traslazione in direzione parallela all’asse longitudinale del ponte , la terza fila invece installata sulla pila di destra (sponda est), e costituita anche questa come la precedente da una coppia di appoggi unidirezionali che lasciano libera la struttura di traslare in direzione parallela all’asse del ponte. Le pile, le loro fondazioni e la fondazione dell’ antenna , sono realizzate completamente in cls armato di classe C 35/45, cosi come la soletta d'implacato. Le parti metalliche sono realizzate in acciaio da carpenteria S355, mentre le armature da cls armato è stato adottato l'acciaio B450C. Le pile

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sinistra e destra del ponte presentano altezze rispettivamente di 12,00m e di 16,2m, con fusto a sezione variabile lungo l’altezza. Ogni pila presenta una fondazione a platea di dimensioni 9,5x5,5x1,5m che si attesta su un palificata composta da 11 pali di diametro 80cm e profondità 25m. L’antenna presenta invece una fondazione a platea di dimensioni pari a 18x10x3m , che si attesta su 14 pali di diametro 120cm e profondità di 25m. La piattaforma stradale risulta composta da due corsie accoppiate, di larghezza 3,25m ciascuna e due marciapiedi 1,50m ciascuno più alti di 15 cm rispetto al piano viabile. A protezione di ciascun marciapiede è stato previsto un dispositivo di ritenuta e sul lato esterno del marciapiede un parapetto esterno. Il pacchetto pavimentazione è stato concepito come costituito da uno strato di 4cm di binder e da uno strato di usura di 3 cm.

PREDIMENSIONAMENTO

Per il predimensionamento sono stati considerati sia i pesi propri strutturali che non , i carichi variabili da traffico e l’azione del vento, combinati secondo combinazione fondamentale riportata nelle NTC del 2008 e di seguito:

1,35G1+1,5G2+1,35Qv

Per il dimensionamento dei tiranti non è stata considerata una porzione di competenza dell’impalcato di lunghezza pari all’ interasse, ma pari a due volte l’ interasse fra i tiranti, questo per simulare una condizione di sostituzione di uno strallo senza dover interdire la struttura al traffico durante tali operazioni. Per la determinazione dell’area di acciaio richiesto per le piattabande del cassone, e quindi l’area minima di acciaio richiesta per poter sopportare senza problemi lo sforzo assiale indotto dai vari stralli nell’impalcato stesso, sono state valutati vari contesti riferiti ai vari stadi costruttivi del ponte, attraverso l’utilizzo di diversi valori del fattore di omogeneizzazione n. Sono state considerate per la precisazione tre fasi costruttive:

- FASE 1: La sezione reagente è individuata dai soli elementi di acciaio e i carichi sono costituiti dai soli

pesi propri della soletta considerata prima della presa del cls. Per questa condizione il coefficiente di omogeneizzazione viene considerato tendente a infinito, e quindi non utilizzabile ai fini del calcolo in quanto il solo materiale reagente risulta essere l’acciaio;

- FASE 2: Nella fase due si considera l’intera sezione composta reagente soggetta ai carichi permanenti e

si assume per questa condizione un coefficiente di omogeneizzazione pari a n=18;

- FASE 3: Nella fase tre si considera sempre la sezione mista come sezione reagente , ma stavolta

soggetta a i soli carichi variabili, si assume pertanto un valore di n pari a 6.

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stralcio delle tavole illustrative del risultato del predimensionamento della soluzione strallata , e un immagine del modello realizzato al solutore:

Figura 9: Vista complessiva laterale del modello tridimensionale del ponte strallato realizzato al solutore.

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3.1.2 Illustrazione della seconda soluzione tecnologica: Ponte ad arco unico a spinta eliminata

Il sistema ad arco è forse il sistema statico più conosciuto ed usato, le sue origini risalgono con molta probabilità fra il IV e il III millennio a.c. , dove già in Mesopotamia e nel basso Egitto venivano realizzate strutture molto simili ad archi sia per forma che per funzionamento statico, successivamente la struttura e la conoscenza del suo comportamento è andata affinandosi col tempo, fino ad arrivare all’utilizzo sempre più diffuso del moderno arco a forma parabolica (o catenaria). Per arco in senso più generale sin intende comunque un elemento strutturale che è in grado di incanalare, con la sua traiettoria curvilinea , le sollecitazioni prodotte dai carichi applicati e trasformandole in forze prevalenti di compressione. Le azioni alle imposte dell’arco non sono più verticali, ma generano una spinta che tende ad allontanarle . Gli archi sono strutture resistenti grazie alla loro forma, la loro sicurezza spesso non dipende dalla resistenza del materiale con il quale sono realizzati ma bensì dalla loro geometria. I ponti ad arco che venivano realizzati sin dall’epoca romana erano per lo più realizzati in muratura, adesso i materiali più adottati sono il c.a. e l’acciaio. Nella realizzazione delle strutture i ponti si possono caratterizzare sia in funzione della quota che presenta il piano viabile rispetto alle imposte dell’arco, sia dal punto di vista dei vincoli presenti. Per quanto riguarda la caratterizzazione in funzione del piano viabile possiamo avere:

- Ponti ad arco a via inferiore: solitamente il piano viabile si trova alla stessa quota, o comunque molto

vicino alle imposte dell’arco stesso. In questi casi l’impalcato può o meno svolgere la funzione di catena assorbendo una buona quota (se non tutta) della spinta alle imposte prodotta dai carichi applicati (in questo caso si ha un ponte ad arco a spinta eliminata);

- Ponti ad arco a via intermedia: il piano viabile in questo caso è collocato ad un altezza intermedia fra la

chiave dell’ arco e le imposte. In questo caso solitamente la porzione di impalcato che si trova al di sotto della porzione di arco è pendinata allo stesso mediante tiranti, mentre la parte di impalcato che si trova al di sopra dell’arco può essere collegata ad esso mediante elementi rigidi che fungono da puntoni;

- Ponti ad arco a via superiore: in tale tipologia è intuitivo che il piano viabile si trova completamente al

disopra dell’arco, che risulta collegato all’impalcato mediante una serie di elementi rigidi che hanno la funzione di trasferire gli sforzi dovuti ai carichi applicati sull’implacato all’arco, sotto forma di forze concentrate;

La classificazione in funzione dei tipi di vincoli presenti si può riassumere in :

- Ponti ad arco incastrato: le imposte presentano dei vincoli simili o paragonabili a degli incastri, e in chiave o comunque lungo l’asse dell’arco non sono presenti sconnessioni;

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- Ponti ad arco a due cerniere: i vincoli alle imposte dell’arco sono assimilabili a delle cerniere, di conseguenza abbiamo che in tali punti l’arco potrà trasmettere solo forze concentrate ma nessun momento. Anche in questo caso lungo l’asse dell’arco non sono presenti sconnessioni;

Figura 12: Schema statico di arco a due cerniere.

- Ponti ad arco a tre cerniere: nel caso di arco a tre cerniere abbiamo vincoli assimilabili a cerniere alle imposte dell’arco stesso e lungo l’asse dell’arco è presente una sconnessione a cerniera, che nella maggior parte dei casi viene realizzata in chiave all’arco;

Figura 13: Schema statico di arco a tre cerniere.

La seconda soluzione proposta consiste in un ponte ad arco unico (arco-trave a sezione rettangolare cava) , nel quale l’impalcato risulta collegato all'arco mediante due ordini di funi chiuse di diametro 68mm (inclinate rispetto alla verticale). L'implacato è realizzato in sistema misto acciaio-cls, con sezione metallica a cassone (acciaio S355) e soletta armata di spessore 25cm realizzata in cls di classe C 35/45. I due ordini di tiranti si intestano sui dei capicorda ancorati ai correnti superiori dei diaframmi reticolari (diaframmi

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rispetto alla verticale nasce dal fatto che oltre ad esplicare la loro rigidezza nel piano verticale, esplicano anche una certa rigidezza nel piano orizzontale, e questo contribuisce ad aumentare la rigidezza del sistema arco-impalcato. I diaframmi reticolari (correnti compresi) sono realizzati con profili 2L 180x180x15mm in acciaio S355. Le pile sono realizzate in cls armato di classe C 35/45, e presentano altezze rispettivamente di 10,50m (pila sponda ovest) e di 15,26m (pila sponda est), con fondazioni a platea che si attestano entrambe su palificate composte ciascuna da 11 pali di diametro 800mm e profondità 25m. L’arco è realizzato con una sezione rettangolare di dimensioni1,5mx1,00m e spessore 20mmsemprein acciaio S355.Quest'ultimo è collegato all’impalcato da una serie di lamine verticale in acciaio di spessore 30mm che solidarizzano lo stesso alla struttura, in modo da limitarne i movimenti laterali di sbandamento e quindi conferire alla struttura una maggiore stabilità nel piano orizzontale. I vincoli sono in tutto 6 (tre vincoli per ogni pila), distribuiti nel seguente modo:

- Pila sinistra: due appoggi fissi laterali ed un vincolo traslazionale unidirezionale (relativo all’arco) che

permette traslazioni solo in direzione parallela all’asse dell’impalcato;

- Pila destra: due appoggi traslazionali unidirezionali che permettono traslazioni solo in direzione

parallela all’asse dell’impalcato, ed uno fisso centrale (relativo all’arco).

Di seguito si riporta lo schema di disposizione dei vincoli:

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PREDIMENSIONAMENTO

Per dimensionare gli elementi costituenti il ponte è stato sviluppato un foglio di calcolo con il programma MathCad15 nel quale sono stati valutati i carichi agenti durante le varie fasi di vita della struttura, proprio come fatto per la soluzione del ponte strallato, tenendo però conto delle notevoli differenze comportamentali e funzionali fra le due strutture. Inoltre per poter valutare il comportamento modale e quindi i modi propri di vibrare della struttura è stato realizzato come per il ponte strallato un modello tridimensionale con il programma CsiBridge17 v19.0.0 di cui di seguito si riportano alcune immagini:

Figura 15: Vista complessiva del modello del ponte ad arco unico realizzato con CSIBridge.

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3.1.3 Illustrazione della terza soluzione tecnologica: Ponte a doppio arco a via intermedia

Tale soluzione rientra in una concezione intermedia fra quella del ponte ad arco a via inferiore e quella a via superiore. L’idea è stata quella di realizzare una parte del ponte che riesca a funzionare come un ponte a spinta eliminata e le restanti porzioni con funzione di distribuire e scaricare gli sforzi derivanti dalla parte centrale alle fondazioni attraverso un sistema di puntoni che si attestano sui tubolari costituenti le due arcate principali del ponte. Gli sforzi derivanti dai carichi vengono altresì trasmessi alle fondazioni attraverso le pile del ponte stesso e le fondazioni dei basamenti delle arcate. Entrambe i sistemi di fondazioni gravano su batterie di pali di 800mm di diametro e 25 m di profondità. Per poter garantire una trasmissione degli sforzi di compressione presenti anella porzione centrale dell’arco è stato pensato un sistema di lamine in acciaio che collegano l’arco con l’impalcato stesso e hanno la funzione di creare una solidarizzazione tra i due. Gli sforzi di compressione dell’arco si trasformano in sforzi di trazione per l’impalcato, che deve essere in grado di riuscire a sopportare tali sforzi attraverso il solo contributo del cassone metallico. Le arcate del ponte sono realizzate con profili tubolari di diametro 2200mm e spessore 35mm in acciaio S355. Le due arcate sono collegate tra di loro da traversi tubolari di diametro 1000mm e spessore 25mm che hanno la funzione di solidarizzare le due e di aumentare quindi la stabilità nel piano orizzontale. I puntoni realizzati anch’essi con profili tubolari di diametro 1000mm e spessore 25mm, hanno la funzione di trasmettere gli sforzi derivanti dall’impalcato alle arcate e quindi alle fondazioni di quest’ultime. La sezione di impalcato è realizzato in sistema misto acciaio cls, con sezione metallica a cassone e soletta di cls di classe C 35/45 di spessore 25 cm. La lunghezza dell’impalcato è di 158,32m e l’altezza del solo cassone metallico di 3,5m. Le pile presentano altezze di 10,60m (pila sponda ovest) e di 15,36m (pila sponda est). Nella parte centrale l’impalcato è sorretto da un sistema di 42 tiranti di diametro 68mm realizzati da funi chiuse e disposti in due ordini. La piattaforma stradale è composta da un piano viabile di larghezza 8,00 più due marciapiedi laterali (uno per lato) di 2,30 m cadauno. Il pacchetto stradale è composto da uno strato di usura di 3cm e da uno strato di binder pari a cm 4. Sia le arcate che i traversi delle stesse, che i puntoni, le lamine in acciaio e il cassone metallico sono realizzati con acciaio da carpenteria S355. L’impalcato presenta in tutto 4 vincoli che permettono di trasferire dall’impalcato alle sottostrutture i pesi propri e gli sforzi derivanti dai carichi agenti. Tali vincoli risultano cosi distribuiti: - Pila sinistra: due appoggi fissi;

- Pila destra: due appoggi traslazioni ali monodirezionali che permettono le traslazioni solo in direzione parallela all’asse de ponte.

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PREDIMENSIONAMENTO

Come precedentemente fatto per i due modelli già illustrati, sono stati eseguiti i calcoli di predimensionamento della struttura con l’aiuto di un foglio di calcolo di MathCad15, e successivamente con tali output è stato realizzato un modello tridimensionale con CsiBridge17 v19.0.0. Si riportano per semplicità alcune immagini del modello realizzato al solutore:

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3.2 VALUTAZIONE ECONOMICA DELLA SCELTA TECNOLOGICA ADOTTATA

Al fine di poter definire un costo totale per ogni soluzione proposta e quindi poter valutare i benefici tecnico/economici di ogni soluzione, è stata eseguita una valutazione di massima dei costi richiesti per la realizzazione dell’opera. In particolare è stato eseguito dapprima un computo metrico dei materiali , perciò una stima delle lavorazioni e dei mezzi che saranno necessari nelle varie fasi di costruzione dell'opera, per ogni soluzione proposta. Successivamente a tali voci sono stati attribuiti i vari costi unitari ricavati dal Listino prezzi della Regione Toscana relativo alla zona della Provincia di Lucca per all’anno in corso. Sono stati così identificati dei costi complessivi per ognuna delle tre soluzioni proposte. La soluzione che risultata essere la più dispendiosa è la soluzione strallata, a seguire la soluzione ad arco doppio a via intermedia è quella che presenta un costo intermedio fra la soluzione strallata e quella d arco unico (la più economica). Riportiamo qui di seguito una tabella riassuntiva dei vari costi complessivi per le diverse soluzioni proposte.

Soluzione progettuale Costo complessivo opera [€]

A) Ponte strallato asimmetrico 15.547.375,73

B) Ponte ad arco a spinta eliminata a via inferiore 8.072.396,46

C) Ponte a doppio arco a via intermedia 10.938.199,64

Tabella 1: Confronto delle stime dei costi per le tre soluzioni proposte.

Per la valutazione dei quantitativi dei materiali , il numero dei mezzi necessari, e per quantificare le ore di nolo degli stessi, sono state fatte alcune ipotesi semplificative, in particolare:

- Per quanto riguarda i volumi di scavo, questi sono stati considerati eseguiti in terreni sciolti e con l’utilizzo di mezzi meccanici , tenendo in conto anche successivo accatastamento in ambito di cantiere a fronte di un possibile riutilizzo. Infine il costo risulta essere comprensivo oltre che dello stoccaggio, anche del carico , del trasporto , e del successivo scarico e smaltimento presso impianti autorizzati (soluzione adottata per la parte di volume di terreno inutilizzabile a causa delle sue caratteristiche e per quella in eccesso). L’unità di misura considerata è stata il [m3], e quindi il prezzo unitario applicato è espresso in €/m3 di materiale.Lla tipologia di lavorazione naturalmente è “a misura”;

- Le casseforme in legno per i getti sono state valutate per m2 di superficie degli elementi da gettare in opera, e per gli elementi per i quali è richiesto l’utilizzo delle stesse. Il prezzo è espresso in €/m2 , e la voce di computo è considerata “ a misura”. Naturalmente a causa del differente costo delle stesse se necessarie per opere di elevazione o per opere di fondazione, i vari quantitativi di casseratura sono stati suddivisi in “casserature per opere di elevazione” e “casserature per opere di fondazione”;

- Per quanto riguarda le barre da c.a. , queste sono state considerate realizzate in acciaio B450C, e l’unità di misura adottata per valutarne la quantità è il [Kg]. In tale fase di valutazione dei costi che abbiamo effettuato, essendo sempre in fase preliminare, e quindi non avendo ancora eseguito un dimensionamento accurato, i quantitativi di armatura sono stati valutati ipotizzando degli specifici valori di incidenza relativi all’unità di volume di c.a. [Kg/m3]. Tali incidenze sono differenti a seconda della tipologia di elemento considerato, e nello specifico abbiamo: un incidenza dell’acciaio per la

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assunta un incidenza di 300 [Kg/m3], per la trave pulvino invece è stata adottata un incidenza pari 450 [Kg/m3]. Infine per le fondazioni (sia per le platee delle pile che degli archi) un incidenza di 350 [Kg/m3]. Tale voce risulta essere a misura;

- Per la realizzazione dello strato di magrone da gettare al di sotto delle opere di fondazione, è stato considerato un cls di classe C 15/20 consistenza S3, ed assunta come unità di misura il [m3]. Lo strato inoltre è considerato essere omogeneo ed avente spessore pari a 15 cm. Il prezzo è comprensivo di fornitura e messa in opera, e la voce è considerata a misura;

- Per l’acciaio da carpenteria il materiale adottato è l’acciaio S355 (ex Fe510), e l’unità di misura usata per il computo è il [Kg]. Per definire il quantitativo necessario è stato fatto un calcolo rigoroso del volume di acciaio costituente le varie parti da realizzare e derivanti dal calcolo di predimensionamento eseguito. La voce comprende pezzi particolari, piastre profili , ed inoltre è stato tenuto di conto di un incremento del quantitativo pari al 10% al fine di considerare eventuali sfridi;

- Per il getto di cls si è adottato come precedentemente detto un cls di classe di resistenza C 35/45 di classe esposizione XF4 e consistenza S3. L’unità usata per il computo è volumetrica [m3], ed il prezzo è comprensivo di fornitura e getto in opera (voce a misura);

- Per lo strato di Binder è stato considerato uno spessore di 4cm., da considerarsi realizzato in conglomerato bituminoso , steso con vibrofinitrice (compresa rullatura con rullo compressore) , ancoraggio e mano d’attacco, realizzato con aggregati di pezzatura 0-20mm. Sono esclusi eventuali additivi. Lo strato viene considerato di larghezza pari alla larghezza della pavimentazione stradale e di lunghezza pari alla lunghezza dell’impalcato (voce a misura e l'unità di misura adottata è volumetrica [m3]);

- Il tappeto di usura viene realizzato in conglomerato bituminoso, steso con vibrofinitrice, sono compresi l'ancoraggio, la mano d’attacco e la rullatura. Sono esclusi gli additivi. Lo spessore finito si considera pari a cm 3, la larghezza dello strato la si considera pari alla larghezza della pavimentazione stradale, e la lunghezza pari alla lunghezza della campata. Le dimensioni degli aggregati adottati sono compresi fra 0-10m. La voce è a misura è l'unità adottata è il [m3];

- Come barriera stradale si è scelto di adottare un sicurvia di categoria H1. Per la valutarne il quantitativo, sono stati considerati due sviluppi longitudinali di lunghezza pari alla campata, disposti su due linee parallele all’asse del ponte su ciascun lato esterno di ogni corsia di marcia, a protezione del marciapiede;

- Per la segnaletica orizzontale è stata considerata una voce a corpo;

- Per quanto riguarda il parapetto laterale dei marciapiedi del ponte è stato scelto un profilo di tipo H4 (barriera bordo ponte). Per valutarne il quantitativo è stato considerato anche per questo elemento uno sviluppo longitudinale misurato in [m] lineari (la voce risulta a misura);

- I pali sono stati considerati eseguiti con trivella (pali trivellati), e aventi profondità pari a 25m, eseguiti in terreni a granulometria medio-fine, è stato considerato l'onere aggiuntivo dovuto all’attraversamento di strati litoidi e di trovanti in quanto ci troviamo in ambito fluviale. Il prezzo comprende: la fornitura del cls pari ad un volume teorico del palo +10% per diametri dei pali compresi fra 800mme 1200mm, la scapezzatura e la messa in opera degli stessi;

- E’ stata considerata una ulteriore voce a corpo per il taglio delle piante da alto fusto. Tale voce è comprensiva della rimozione delle ceppaie, dello sgombero e smaltimento dei corpi estranei, della rimozione e smaltimento dei rifiuti. Il taglio dei fusti è considerato e da eseguirsi in blocchi da 1m, ne è previsto il successivo accatastamento in cantiere, infine è stato considerato il carico ed il trasporto su autocarro presso centrali di utilizzo autorizzate o di smaltimento;

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- Nolo di due gru a torre con sbraccio massimo di 75m e portata in punta pari a 2700 kg, comprensivo di gruista , per la valutazione delle ore di nolo, sono state considerate 8 ore giornaliere per 350 giorni (voce a misura);

- Riempimento di scavi o buche, eseguito a mano o con mezzi meccanici. Riempimento da eseguirsi anche con materiale di risulta dagli scavi eseguiti per le fondazioni se considerato idoneo. Per valutare tale voce è stato considerato come volume un volume pari al 50% di quello richiesto per gli scavi (la voce è a misura e l'unità è il [m3]);

- Per quantizzare le coppelle in cls prefabbricato è stata considerata la superficie orizzontale dell’impalcato (sua proiezione sul piano orizzontale). L’unità di misura considerata è il [m2] (la voce risulta essere a misura);

- Per le velette laterali dell’impalcato, è stato considerata una quantità pari a due volte lo sviluppo longitudinale dello stesso, e l’unità di misura adottata è il [m] (la voce risulta a misura);

- Per la realizzazione dei vincoli dell’impalcato del ponte è stata considerata una voce a corpo che comprende il vincolo ed il relativo baggiolo in cls armato;

- Per la fornitura e la posa in opera delle funi, è stata considerata anche la tesatura e i relativi macchinari richiesti per effettuare tale operazione, oltre alla presenza degli operatori;

- Per la realizzazione del tratto di strada di raccordo in sopraelevata, è stato eseguita un analisi dei prezzi per vari tipi di raccordo relativi a progetti esistenti. E' stato così possibile formulare un prezzo medio a metro lineare necessario alla realizzazione di tale tipologia stradale. L’unità di misura adottata è il [m] (la voce risulta a misura). Analogamente è stato fatto per il tratto di strada non in sopraelevata, che ai fini della sola valutazione economica è stata considerata come a sezione in mezzacosta;

- Per l’installazione del cantiere è stata considerata una voce a corpo comprensiva di installazione dello stesso per entrambe le sponde fluviali;

- Per quanto riguarda l’illuminazione del ponte è stata considerata una voce a corpo;

- Per la fornitura, montaggio, smontaggio e noleggio del ponteggio, è stata considerata una voce a misura. La valutazione della quantità da considerare ai fini del computo è stata valutata considerando anche la realizzazione delle pile provvisorie aventi sezione quadrata di lato 5m e altezza sufficiente alla realizzazione dell’arco (casi ad arco unico e arco doppio). E' stato quindi considerato lo sviluppo in altezza del perimetro esterno che tali ponteggi presentano. Inoltre sono stati considerati in tale conteggio anche i quantitativi necessari alla realizzazione delle pile del ponte (voce risulta essere a misura e l'unità adottata è il [m2]).

3.3 ILLUSTARZIONE DELLA SCELTA TECNOLOGICA ADOTTATA E CRITERI CHE HANNO DETTATO TALE SCELTA

La soluzione tecnologica scelta per ovviare alla richiesta infrastrutturale posta, è stata frutto di un attenta valutazione di diversi aspetti. In particolare la scelta è stata effettuata prendendo in considerazione gli aspetti economico, estetico e tecnico/strutturale, mettendo quindi a confronto fra di loro le tre soluzioni proposte e valutandole nel loro complesso. Per quanto riguarda l’aspetto economico la soluzione strallata è risultata essere quella più onerosa, quella ad arco unico a via inferiore invece risultava la più economica ,mentre la soluzione ad arco doppio si collocava in una posizione intermedia fra le due. Valutando invece

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elaborata fra le tre proposte, e allo stesso tempo avrebbe comportato una maggiore accuratezza nelle fasi esecutive specialmente durante la fase di tesatura delle funi. La soluzione ad arco a via inferiore sicuramente è la più semplice fra le tre proposte dal punto di vista strutturale, mentre quella ad arco doppio a via intermedia anche in questo caso risulta essere interposta fra le due soluzioni elencate, con il vantaggio però di offrire una maggiore stabilità del sistema strutturale grazie alla presenza della doppia arcata convergente verso l’asse impalcato, e alla presenza dei traversi tubolari che sviluppano una funzione stabilizzante per le stesse. Dal punto di vista estetico la soluzione strallata risulta certamente quella più accattivante , in quanto la disposizione degli stralli e quella asimmetrica dell’antenna la rendono una soluzione molto caratteristica. Per quanto riguarda la soluzione ad arco doppio, anch’essa si presenta molto bene dal punto di vista estetico , in quanto le lunghe arcate ribassate e convergenti fra di loro conferiscono alla struttura una linea molto moderna ed elegante. La soluzione ad arco a via inferiore si presenta quella meno accattivante fra le tre dal punto di vista estetico , nonostante presenti una forma dell’arco molto snella ed elegante, tale soluzione potrebbe però aumentare il suo pregio estetico adottando per la sezione dell’arco una forma più accattivante e complessa come ad esempio una sezione di tipo triangolare. Per scegliere la soluzione più idonea alla richiesta come sopra elencato sono stati valutati gli aspetti, sopra elencati, e dopo varie valutazioni la soluzione che si è deciso di adottare è stata quella ad arco doppio a via intermedia. Di seguito si riporta una tavola grafica illustrativa dell’inserimento della infrastruttura comprensiva di opere accessorie all’interno del contesto territoriale.

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4 ANALISI STRUTTURALE

Per sviluppare e definire in forma esecutiva la soluzione scelta, è stato costruito come precedentemente detto un modello tridimensionale al solutore FEM CsiBridge v19.0.0 della Berkley, ed è stata eseguita un analisi elastica lineare dato la struttura rispettava i punti richiesti per poter eseguire tale analisi. Dal modello sono state ricavate quindi le sollecitazioni derivanti dalle varie combinazioni di carico considerate, suddivise in 4 differenti fasi col fine di poter eseguire poi un analisi di tipo tensionale delle sezioni di impalcato della struttura. Le verifiche sono state eseguite costruendo un relativo foglio di calcolo con il software Matchad15 e con l'ausilio del software Impalcati dello CCProgetti. Per le varie parti della struttura facenti parte del modello è stato adottato un diverso criterio di modellazione:

- Le funi che hanno la funzione di sorreggere l’implacato sono stati modellati come elementi “Cable”, deformabili a causa del peso proprio, vincolati agli estremi e realizzati in acciaio ad alta resistenza; - I pannelli metallici non facenti parte della sezione di impalcato sono stati modellati come elementi

“Shell thin” a spessore sottile,in modo da poter ricavare dai vari diagrammi i differenti valori di

tensione presenti per quella data combinazione di carico in quel dato elemento. Tali elementi sono stati modellati in acciaio S355;

- Le aste come i tubolari costituenti gli archi e i traversi oltre ad i diagonali i correnti dei diaframmi di impalcato sono stati modellati come elementi “Frame”, in grado di poter restituire una volta conclusa l’analisi gli output sottoforma di forzanti delle sollecitazioni di maggiore interesse per noi ai fini delle verifiche di resistenza e stabilità degli elementi stessi;

- La sezione di impalcato (sezione mista acciaio-cls) è stata modellata come elemento misto

“Shell-frame”,questo ci permette di ottenere una soluzione migliore dal punto di vista delle informazioni sugli

output di sollecitazione derivanti dall’analisi eseguita.

Una volta eseguite le verifiche sulle sezioni di impalcato sono state modellate le pile ed applicate le varie sollecitazioni derivanti dalla sovrastruttura attraverso i vincoli. La modellazione delle pile è stata eseguita mediante il software SAP19 , e sono state considerate come delle vere e proprie mensole incastrate alla base del fusto, avente sezione rettangolare cava. Ciascuna pila è stata modellata provvista della propria trave pulvino. Per quanto riguarda il calcolo delle azioni agenti sulle varie palificate è stato creato un foglio di calcolo con il programma Mathcad15 e sono state valutate con l'ausilio del software di calcolo "Spalle" della CCProgetti ", nel quale le pile sono state accuratamente modellate e successivamente sono state ad esse applicate le varie sollecitazioni derivanti dalla sovrastruttura. Stesso procedimento di modellazione è stato eseguito per le fondazioni delle arcate del ponte. Per la modellazione dei remi laterali che hanno la funzione di collegare l'impalcato ai tiranti che lo sostengono è stato utilizzato il software SAP19, nel quale è stato costruito il relativo modello tridimensionale dell'elemento, e al quale sono state poi applicate le massime sollecitazioni alle quali risulta essere sottoposto tale elemento. L'analisi adottata per il remo è di tipo tensionale.

Le analisi eseguite per ricavare le sollecitazioni nella sovrastruttura sono state di tipo Globale elastica e Sismica dinamica lineare, di seguito si riportano alcune informazioni ricavate dalle NTC 2008 inerenti i due tipi di analisi.

(31)

4.1 Analisi globale statica

Per analizzare una generica struttura, sia essa stessa eseguita mediante codici di calcolo automatico o procedure analitiche , può essere riassunta nei seguenti passaggi:

- Definizione dello schema statico;

- Definizione delle caratteristiche statiche delle sezioni e definizione dei materiali; - Applicazione dei carichi al modello;

- Analisi delle sollecitazioni;

- Combinazione delle sollecitazioni.

Nella progettazione dei ponti lo schema deve essere ulteriormente generalizzato a causa delle varie fasi costruttive di cui si deve tener conto, e delle deformazioni viscose (nelle sezioni miste acciaio-cls) che si hanno durante la vita utile del ponte.

Questo perché una fase costruttiva può essere caratterizzata da uno schema statico differente da quello che si avrebbe a opera terminata, oppure possono essere le rigidezze dei vari elementi strutturali ad essere diverse. Le sollecitazioni di ogni fase vanno sommate alle sollecitazioni delle fasi successive, definendo così uno stato finale di sollecitazione diverso da quello che si avrebbe con gli stessi carichi applicati a struttura ultimata.

4.2 Analisi sismica a spettro di risposta (analisi lineare dinamica)

lo spettro di risposta rappresenta la risposta massima (in termini di accelerazione) subita da un sistema di tipo visco-elastico ad un grado di libertà, sottoposto ad una moto di input che presenta una specifica relazione accelerazione-tempo. Per poter effettuare tale analisi permette di ricavare la massima risposta anche per sistemi a n gradi di libertà, attraverso i differenti modi propri di vibrare della struttura stessa, ovvero la considerazione di n sistemi ad un solo grado di libertà. L'attuale normativa italiana individua due comportamenti fondamentali che la struttura può avere in seguito all'applicazione di un input sismico, ovvero:

- è possibile individuare nella struttura un comportamento di tipo dissipativo (comportamento plastico); - oppure individuare nella struttura un comportamento di tipo elastico (non dissipativo).

Nel nostro caso, ovvero in presenza di struttura a comportamento elastico, lo spettro di risposta dipende da due parametri fondamentali, quali:

- la collocazione dell'opera (ovvero dalla zona sismica); - dalla categoria del suolo dove sorge l'opera.

Nelle strutture a comportamento dissipativo la risposta è anche funzione del fattore di struttura q. Il comportamento plastico è quindi la capacità da parte della struttura di poter dissipare l'energia, tali strutture migliorano notevolmente la loro risposta sismica. Il fattore di struttura q va perciò a ridurre le forze di tipo elastico, ipotizzando che parte di esse vengano dissipate dalla struttura stessa.

(32)

Spettro di progetto elastico

Lo spettro di progetto elastico per le componenti orizzontali è definito dalle seguenti relazioni: (1.3) (1.4) (1.5) (1.6) Dove:

- ag è l'accelerazione orizzontale massima del sito;

- S = SS x ST è un fattore che tiene conto del tipo di stratigrafia del terreno e i fattori SS e ST sono ricavabili a

relative tabelle in funzione del rapporto F0ag/g e del tipo di categoria topografica del sito, come si evince

dalle seguenti tabelle:

Tabella 2:Categorie sottosuolo secondo le NTC 2008.

(33)

Tabella 4: Valori dei coefficienti Ss e Cc in funzione della categoria di sottosuolo.

Tabella 5: valori del coefficiente St in funzione della categoria topografica.

- è un fattore che tiene conto del coefficiente di smorzamento equivalente ζ diverso dal 5% , ( = 1 per ζ = 5 %), e si ricava dalla seguente relazione:

(1.7)

- T è il periodo di vibrazione dell'oscillatore semplice;

- F0 fattore che quantifica l'amplificazione spettrale massima , su sito di riferimento rigido;

- TC = CC x T*C è il periodo corrispondente all' inizio del tratto a velocità costante dello spettro;

- CC parametro che dsi ricava dalla relativa tabella sopra riportata;

- TB = TC / 3 è il periodo corrispondente all' inizio del tratto di spettro ad accelerazione costante;

- TD periodo corrispondente all'inizio del tratto di spetto a spostamento costante, e si ricava dalla seguente

relazione:

(34)

La categoria del sottosuolo si ricava dalla relazione geologica, mentre la collocazione del sito in esame la si può ricavare dai valori di latitudine e longitudine del sito stesso attraverso il foglio di Excel Spettri-NTC, redatto dal consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, definendo inoltre altri parametri quale lo stato limite considerato, il coefficiente d'uso funzione della classe d'uso e la vita nominale dell'opera stessa. Il tempo di ritorno TR del sisma di progetto considerato si ricava attraverso la seguente relazione:

(1.9)

Dove:

- PVr è la probabilità di superamento nel periodo di riferimento VR, ricavabile dalla seguente tabella:

Tabella 6: Percentuali di superamento del periodo di riferimento in funzione del diverso stato limite considerato.

- VR = VN x cU è la vita reale dell'opera (periodo al quale và quindi riferita l'azione sismica);

- VN è la vita nominale dell'opera ricavabile dalla seguente tabella in funzione del tipo di costruzione:

Tabella 7: Valutazione della vita nominale dell'opera in funzione della sua tipologia.

- CU è il coefficiente d'uso definito dalla relativa tabella in funzione della classe d'uso in cui ricade l'opera

fra le seguenti individuate dalla'attuale normativa:

Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli.

Classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per

l'ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali. industrie con attività non pericolose. Industrie con attività non pericolose per l'ambiente. ponti, opere infrastrutturali, reti varie non ricadenti in Classe d'uso III o IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti.

Riferimenti

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