Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
3.1 Vincoli per il progetto
La libertà del progettista deve in ogni caso assoggettarsi a dei vincoli che possono essere di varia natura e che permettono di determinare quelle che saranno le caratteristiche principali dell’oggetto da progettare, in questo caso una passerella fluviale all’interno di un parco.
Scegliere il tipo di ponte, il suo profilo altimetrico, la geometria della sezione trasversale, la sua posizione, significa esaminare molti fattori quali le peculiarità del territorio circostante, la natura dell’ostacolo sovrappassato, il tipo di utenti.
Fondamentalmente i principali vincoli sono:
• Vincoli idraulici
• Vincoli geometrici
• Vincoli tecnici e costruttivi
• Vincoli relativi alla natura del territorio Ma a questi possono essere aggiunti:
• Vincoli per la tutela dei beni artistici
• Vincoli economici
• Vincoli normativi (P.R.G.)
3.1.1 Vincoli idraulici
caratteristiche del fiume come:
• La sezione idraulica in corrispondenza dell’attraversamento.
• Il livello di massima piena relativo ad eventi con tempo di ritorno superiore a cento anni.
• La pendenza dell’alveo.
• La presenza di casse di laminazione.
• La presenza di traverse con relativi rigurgiti.
• La presenza di opere di protezione delle sponde (i muri del Nottolini)
A seguito di questi studi verranno definiti uno o più siti, una o più luci complessive, uno o più livelli minimi di intradosso per l’impalcato.
La sezione idraulica
Nel caso presente la posizione finale del manufatto è già stata definita a
seguito di precedenti considerazioni.
Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
Per ottenere il profilo altimetrico della sezione interessata si è partiti dalle varie sezioni rese disponibili dall’Autorità di Bacino, scegliendo quella più prossima al nostro sito. Si è scelta la sezione SE0007 (vedi figura 3.1).
Grazie alla constatazione che in tale punto si trovasse la collocazione primitiva dell’esistente (e più a valle) traversa del Palazzaccio, si sono reperite numerose sezioni, ortogonali e non, con le quali integrare e migliorare quella dell’Autorità di Bacino.
La sezione ottenuta è da ritenersi sufficientemente aggiornata, anche alla luce dei recenti lavori della traversa stessa. La sezione è riportata nella figura 3.2.
Fig. 3.2: Sezione SE0007
Il livello di massima piena
In questo punto del Serchio una piena con Tr=100 anni non esce neppure dall’alveo e questo deve far pensare. In effetti per tutti i ponti sul fiume lucchese è usuale e indicato considerare piene con tempi di ritorno ben maggiori; in questa zona per lo meno dell’ordine dei 200 anni.
La stessa Autorità di Bacino nelle sue sezioni inserisce un altezza idrica
espressamente riferita ad un tale evento. E’ da ritenere tale altezza non inclusiva
degli effetti dovuti alle casse di espansione, ancora solo in progetto e alla traversa
Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
INVILUPPO RISULTATI Tr200 tratto SERC_D_E STATO ATTUALE
Tronco Sezione P[m] q[mc/s] h[m] y[m] V[m/s] Fr At[dmq]
serc_e_a se6001__ 60281.3 3543.3 25.05 8.19 3.1 0.67 114.0 serc_e_a se0001__ 60696.9 3549.4 24.63 8.49 3.6 0.46 99.2 serc_e_a se700snc 60705.0 3549.5 23.41 7.51 5.7 0.81 62.5 serc_e_a se700snb 60715.0 3549.6 23.04 7.14 6.1 0.92 57.8 serc_e_a se0002__ 60725.1 3549.7 23.52 8.28 3.4 0.42 102.9 serc_e_a se0003__ 60758.4 3549.5 23.49 8.88 3.4 0.45 103.3 serc_e_a se700r_c 60765.0 3549.4 22.48 5.19 5.5 0.87 65.1 serc_e_a se700r_b 60775.0 3549.3 22.35 5.07 5.6 0.92 63.1 serc_e_a se0004__ 60796.8 3548.9 22.35 8.30 3.3 0.88 111.9 serc_e_a se0005__ 61433.7 3537.7 22.20 11.42 2.6 0.48 141.8 serc_e_a se0006__ 62386.7 3528.9 21.90 10.93 2.4 0.38 153.8 serc_e_a se700q__ 63064.0 3523.4 21.20 7.85 3.7 0.84 98.9 serc_e_a se0007__ 63115.8 3522.9 21.37 9.20 4.8 0.93 126.2 serc_e_a se0008__ 63584.6 3566.2 20.24 10.96 4.6 0.73 80.8 serc_e_a se0009__ 63947.1 3557.3 20.59 11.99 2.6 0.49 153.8 serc_e_a se0010__ 64469.7 3555.9 20.32 10.81 2.7 0.46 137.6 serc_e_a se0011__ 64867.8 3555.0 20.28 11.77 2.5 0.40 151.3 serc_e_a se0012__ 65324.3 3546.7 20.27 11.99 2.1 0.36 177.1 serc_e_a se0013__ 65536.0 3538.3 19.97 10.84 4.6 0.94 123.6 serc_e_a se0014__ 65742.2 3544.8 19.92 12.15 2.7 0.35 190.7 serc_e_a se0015__ 65805.4 3550.0 19.65 9.46 3.9 0.93 105.0 serc_e_a se700p_c 65825.0 3550.2 18.73 10.60 4.6 0.58 76.9 serc_e_a se700p_b 65835.0 3550.3 18.73 10.60 4.6 0.64 76.9 serc_e_a se0016__ 65847.0 3517.9 19.01 14.45 2.2 0.23 161.6 serc_e_a se0016b_ 65975.0 3507.3 18.99 13.52 2.4 0.25 197.7 serc_e_a se0017__ 66416.2 3487.6 18.65 10.86 3.2 0.53 127.0 serc_e_a se700o_c 66425.0 3487.5 18.62 9.97 3.3 0.63 148.5 serc_e_a se700o_b 66435.0 3487.3 18.62 9.97 3.3 0.92 148.5 serc_e_a se0018__ 66456.4 3487.0 18.60 10.83 3.2 0.64 128.9 serc_e_a se0019__ 67156.7 3479.7 18.57 11.35 2.4 0.51 195.7
P[m] distanza progressiva lungo il fiume
q[mc/s] portata liquida
h[m] livello idrometrico
y[m] tirante
V[m/s] velocità media della corrente
Fr n. di Froude
At[dmq] superficie bagnata
Fig. 3.3: Risultati stato attuale Tr=200 – varie sezioni
estremamente recente.
Nel sito scelto un tale evento di piena provoca l’allagamento di entrambe le aree golenali con franchi rispetto alle sommità arginali rispettivamente di 1,06 m. sul lato di S.Anna e di 0,90 m. sul lato di S.Alessio.
In sintesi queste le caratteristiche salienti a proposito della sezione scelta (fig. 3.3):
• Portata liquida: 3523 mc/s
• Livello idrometrico: 21,37 m. s.l.m.
• Tirante: 9,20 m.
• Velocità media della corrente: 4,8 m/s
• Numero di Froude: 0,93
• Superficie bagnata: 126,2 dmq
Come previsto dalla norma sui ponti, a questo livello idrometrico va sommato un franco di almeno un metro per assicurare così un facile passaggio di eventuali detriti, tronchi o altri materiali galleggianti portati a valle dall’azione violenta delle acque.
La pendenza dell’alveo
Il letto del Serchio in questo tratto è regolare e privo di grandi tortuosità o restringimenti.
La pendenza dell’alveo è molto piccola, non al di sopra del 5‰.
Un eventuale verifica idraulica della sezione potrebbe con una certa
approssimazione considerare un caso di corrente lenta in moto uniforme e dunque
Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
per la definizione dell’altezza idrica nelle sue sezioni)
La presenza di casse di laminazione
Come già detto, è prevista la creazione di casse di laminazione più a monte, sopra Ponte San Quirico e proprio a cavallo della passerella.
Presumibilmente in quest’ultimo caso le bocche di entrata saranno poste più a monte dell’attraversamento, in prossimità del capannone artigianale.
Se un giorno esse verranno realizzate, un loro effetto positivo sarà quello di abbassare il livello idrometrico per piena duecentennale a cui si fa riferimento attualmente in questo lavoro.
La presenza di traverse
La presenza della nuova traversa subito a valle crea un rigurgito che va considerato nel calcolo del livello minimo di intradosso della passerella. Nella fattispecie per un evento di piena con tempo di ritorno Tr = 200 anni si calcola un rigurgito h 0,5 m. in corrispondenza dello sbarramento; data la vicinanza fra i due manufatti e l’estrema “lentezza” con cui il rigurgito si esaurisce si ritiene di poter assumere tale valore anche in corrispondenza della passerella.
La presenza di opere di protezione delle sponde
In questo tratto del serchio a protezione delle sponde d’alveo si trovano
dei muri storici opera del famoso architetto-ingegnere Nottolini; essi sono in gran
parte nascosti alla vista e non in buonissimo stato ma ovviamente è
categoricamente vietato intaccarli. Questo è un vincolo in effetti più di tutela dei
beni artistici.
3.1.2 Vincoli geometrici
Sono legati alla destinazione d’uso del ponte e alla sua categoria e in parte determinano alcune delle caratteristiche geometriche della sezione trasversale dell’impalcato nonché il suo profilo altimetrico.
In questo caso si tratta di un ponte di terza categoria utilizzato essenzialmente da pedoni e ciclisti. Questi utenti devono fare affidamento sulle proprie prestazioni fisiche e quindi i principali vincoli sono quelli legati alla limitazione delle pendenze longitudinali sia sull’opera di attraversamento sia e soprattutto sulle rampe di accesso.
A seconda delle quote da raggiungere saranno necessarie rampe più o meno lunghe e ingombranti che andranno inserite e conformate opportunamente, divenendo una parte importante del progetto complessivo, da un punto di vista sia economico che architettonico.
Talvolta, o per la presenza di dislivelli eccessivi o per la mancanza di spazio è necessario abbandonare la soluzione a rampe inclinate e ricorrere a scalinate, ascensori e montascale.
Nel caso di percorsi in spazi esterni, la L.13 del 9-01-1989 relativa all’eliminazione delle barriere architettoniche fissa i seguenti limiti:
• Pendenza longitudinale: I
l8,0%
• Pendenza trasversale: I
t1,0%
• Larghezza minima necessaria per consentire l’incrocio di due
Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
• Altezza minima libera da ogni ostacolo (oggetti, segnaletica ed altro) a partire dal piano di calpestio: H = 2,10 m
In realtà nel conto della larghezza complessiva del piano di calpestio occorre considerare l’ingombro di opportune barriere (es.: cordoli) necessarie per delimitare il percorso o per separare l’area pedonale da quella ciclabile. Occorre inoltre inserire dispositivi di sicurezza come barriere di ritenuta e parapetti.
Le norme sulle caratteristiche geometriche delle strade extraurbane del C.N.R. (bollettino numero 78/1980) richiedono una larghezza minima di 1,50m per le piste ciclabili unidirezionali e di 2,00m per le piste bidirezionali (ovviamente al netto di elementi di ritenuta, cordoli ecc..). Il valore di 2,00 m per le piste ciclabili bidirezionali va considerato comunque come estremamente ridotto e per questo da ritenere accettabile solo per brevi tratti. Le normative di regolamenti tecnici di Paesi più all’avanguardia nel campo (Francia, Olanda) indicano più giustamente una larghezza di 3,00 m e proprio a questo valore si farà riferimento in questo lavoro.
Un altro vincolo importante è quello riguardo le altezze libere sul piano di calpestio da mantenere per le vie che eventualmente passino al di sotto dell’attraversamento: se si tratta di vie per pedoni e ciclisti sono ritenuti ammissibili 3,00 m, se esiste un traffico veicolare motorizzato allora è bene non scendere sotto i 5,00 m
3.1.3 Vincoli tecnici e costruttivi
Vengono considerati i seguenti fattori:
• La facilità di accesso al luogo con macchinari e mezzi pesanti,
come gru per il montaggio a sbalzo di conci prefabbricati o mezzi per la trivellazione di pali di fondazione.
• La presenza di sottosuoli di un certo tipo che escludano alcuni tipi di fondazioni.
• La possibilità di impiantare il/i cantieri nelle immediate vicinanze
• La possibilità di ricorrere o meno ad opere provvisorie in alveo.
In questo caso la zona è discretamente accessibile su entrambi i lati.
Dal lato di S.Anna si può utilizzare la via del Palazzaccio che collega direttamente la via Sarzanese con la strada poderale sotto l’argine e poi superato quest’ultimo con la via della Scogliera.
Dal lato si S.Alessio si può utilizzare la via delle Piagge fino alla Corte dei Ghiri per poi proseguire attraverso i campi.
Queste zone sono prevalentemente sgombre da edifici e quindi non presentano seri problemi per la creazione di strade provvisorie e per l’impianto di cantieri.
In tal proposito sicuramente è stato utile consultare le relazioni tecniche del progetto esecutivo della traversa. Esse in parte già risolvono in modo esauriente queste problematiche collocando il cantiere principale nei campi sul lato di S.Alessio in prossimità delle tre corti: al Lombardi, alle Piagge, e Piaggesi.
Proprio consultando questi documenti fra le varie motivazioni per lo
spostamento della traversa, ne è emersa una valida anche per il presente lavoro: in
questo sito si incrociano due linee elettriche ed una di esse passa ad una decina di
metri dalla spalla destra della passerella (fig. 1.26).
Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
passato un progetto per l’interramento delle linee elettriche lungo il fiume.
In questo contesto la passerella potrebbe divenire un mezzo per portare i cavi da una sponda all’altra del fiume.
Considerato il regime idraulico del fiume si ritiene fattibile ricorrere ad opere provvisorie in alveo (stilate provvisorie, centine ecc… ) e dunque ciò rende assai libera la scelta della tipologia strutturale.
Il terreno di fondazione è un suolo di natura alluvionale e le sue caratteristiche sono abbastanza buone. Dal punto di vista geologico, la zona in esame ricade nella porzione occidentale della pianura alluvionale lucchese. In questo sito essa è costituita, nella porzione più superficiale, da sedimenti alluvionali fluviali il cui spessore è variabile fra 3,5 e 7,0 m. Questi consistono di prevalenti limi argilloso-sabbiosi, sabbie limose fini e locali livelli di argille limose.
In posizione sottostante è presente un livello ghiaioso-sabbioso il cui spessore variabile è valutabile in media fra i 15 e i 30 metri con frequenti disomogeneità. Tutto posa su sedimenti rappresentati prevalentemente da depositi argillosi consolidati (fig. 3.4).
3.1.4 Vincoli legati a fattori ambientali
Questo tipo di vincoli non è stato condizionante nel caso attuale.
Le condizioni ambientali della zona sono abbastanza buone per l’assenza
di forti venti e di temperature particolarmente basse; non si è reso necessario
l’impiego di speciali accorgimenti come vernici o additivi speciali per proteggere
la struttura.
Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
Il normale svolgimento delle operazioni di costruzione non dovrebbe in alcun modo essere impedito.
Essendo previsto l’utilizzo i stilate provvisorie in alveo il periodo più adatto per l’avvio dei lavori è indubbiamente quello primaverile-estivo di minimo livello idrico nel fiume.
Nell’ambito di questo lavoro non è stata eseguita una verifica sismica in quanto la sismicità della zona è da ritenersi piuttosto bassa (fino a poco tempo fa le normative non la classificavano neppure come zona sismica).
3.2 Tipologie di ponti prese in esame
All’inizio di questo lavoro è stato esaminato lo stato dell’arte con particolare riguardo alle recenti realizzazioni.
Al termine di questo lavoro si è passati ad un maggiore approfondimento delle caratteristiche strutturali proprie delle soluzioni considerate, nonché ad uno studio delle principali problematiche che strutture leggere e flessibili, come le passerelle, presentano.
Considerazioni personali fatte in base a queste letture, ma anche suggerimenti da parte di tecnici dell’amministrazione comunale, portano a prediligere le tipologie a ponte sospeso e soprattutto a ponte strallato.
Avendo il livello di piena (21,37 m s.l.m.), il rigurgito della traversa (
h=0,5 m) e supponendo un franco di almeno 1,00m è stato individuato il livello di intradosso minimo del ponte.
In corrispondenza delle vie di ripa c’è un’altezza libera di circa 3,00m,
sufficiente per il passaggio di soli pedoni e ciclisti.
L’auspicio era quello di ottenere un impalcato il più sottile possibile essenzialmente per tre motivi:
• Il migliore impatto visivo ed estetico
• Il miglior comportamento aerodinamico: strutture di questo tipo per la loro leggerezza e flessibilità possono presentare comportamenti imprevedibili quanto pericolosi sotto l’azione del vento se non sono state prese le opportune precauzioni.
• Il piano di calpestio relativamente basso sul piano di campagna.
Con rampe non troppo ripide o estese si può superare un dislivello accettabile.
Questo ha voluto dire esclusione a priori di tutte le tipologie che presentassero struttura portante sotto al piano viario e cioè:
• Ponti a cavalletto
• Ponti ad arco a via superiore
• Ponti a travata
• Ponti reticolari a via superiore
La luce indicativa di 170 m avrebbe implicato quote per il piano viario rispetto al piano di campagna, e quindi rampe, non proprio ottimali.
L’aspetto estetico di queste strutture è apparso del tutto inappropriato nel contesto del parco oltre ad essere controcorrente rispetto alle tendenze architettoniche.
Le tipologie rimanenti erano quelle in cui la struttura portante si trovava al
di sopra dell’impalcato oppure era un tutt’uno con esso.
Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
3.2.1 La soluzione reticolare a via inferiore
La soluzione reticolare a via inferiore è apparsa assolutamente antiestetica anche e soprattutto per la sua non indifferente altezza. Lo stesso utente si troverebbe “ingabbiato” fra elementi metallici di dimension certamente non trascurabili
3.2.2 Il ponte ad arco a via inferiore
Questa soluzione in effetti è apparsa subito più competitiva per la maggiore leggerezza strutturale e la maggiore trasparenza della parete rispetto alla soluzione reticolare.
Ricorrendo ad un arco a spinta eliminata con impalcato d’acciaio sarebbe stato possibile aggirare anche l’inconveniente del terreno che non è propriamente adatto.
Pur trovandosi l’arco entro un piano (verticale, ma volendo anche inclinato), niente impedisce di dare configurazioni d’asse curve all’impalcato sottostante con cavi di sospensione variamente inclinati.
La soluzione comunque non è apparsa molto originale e prove di inserimento nel paesaggio non hanno potuto fare altro che sottolineare le notevoli dimensioni di un arco che per quanto ribassato doveva pur sempre superare una luce di 170 m.
Questa struttura è sembrata un po’ troppo ingombrante. Peraltro ricorrere a
due archi minori di luci diverse di cui quello maggiore a via inferiore e quello
minore a via superiore implicava ancora piani viari troppo alti mentre due archi
molto simili accostati e a via inferiore non sono piaciuti.
3.2.3 Ponti sospesi e ponti strallati
Come già detto si è arrivati rapidamente alla tipologia del ponte sospeso.
Si tratta di una struttura elegante che nel tempo ha assunto anche configurazioni originali e moderne, discostandosi dal tipico (e rigido) schema
“ottocentesco” classico. Sebbene questa tipologia abbia rivelato questa grande
“variabilità”, interessante per questo lavoro, essa comporta costi economici che non sono sembrati giustificati in relazione ad una luce di circa 170 m.
Uno dei suoi vantaggi è quello di non richiedere antenne molto alte contrariamente alla soluzione strallata (in particolare ad antenna unica).
Questa ultima possibilità rappresenta una soluzione moderna.
Una struttura così innovativa e affascinante è sembrata molto adatta al contesto di un parco fluviale.
Contrariamente agli usuali ponti automobilistici le passerelle pedonali sono strutture più leggere e flessibili i cui carichi di esercizio (statici) non sono molto impegnativi. Sebbene nasca tutta una serie di problematiche legate a fenomeni dinamici e deformativi, le scelte del progettista sono meno legate ed è possibile concepire forme e soluzioni più fantasiose ed originali. Questo fatto è più che mai vero nel caso di una struttura strallata, per cui si possono avere:
• Una o più antenne, uguali o diverse
• Svariate forme per le antenne stesse
• Sospensione laterale o centrale, con cavi disposti su uno o più piani
• Cavi di compensazione autoancorati o riportati ad un contrappeso a
Capitolo 3. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI
soluzioni-base ad arpa e a ventaglio.
Una volta scelta la tipologia strallata si è posto il problema della modalità costruttiva. Il regime idraulico del Serchio ha permesso senza indugi la previsione di stilate provvisorie in alveo in corrispondenza degli ancoraggi degli stralli di sospensione. Successivamente con il tensionamento degli stralli si arriverebbe a scaricare queste opere provvisorie e quindi le si eliminerebbe.
La tipologia strallata è estremamente adatta per una passerella pedonale all’interno di un parco fluviale e la luce di 170 m. circa ne giustifica bene il ricorso: se la strallatura è sufficientemente fitta si può ottenere un impalcato molto sottile e questo, come già detto, è un fatto positivo.
L’impatto visivo sull’ambiente è abbastanza contenuto perché gli stralli hanno comunque una sezione molto ridotta per cui già ad una certa distanza risultano quasi invisibili. D’altronde essi non schermano la visuale a chi si trova sulla passerella.
L’antenna centrale (più delle antenne laterali) è invece un elemento vistoso ma con un po’ di cura nel suo disegno architettonico e data la sua altezza e snellezza si riesce a renderla caratterizzante l’opera senza appesantirla.
Nella soluzione finale l’antenna unica è collocata in posizione centrale e
quindi assume un ruolo importante, oltre che di caratterizzazione, anche di
individuazione dell’opera che deve essere ben visibile da una certa distanza. Un
disegno architettonico originale che la rendesse piacevole alla vista, slanciata
verso l’alto ma al tempo stesso sufficientemente rigida è stato uno dei problemi
fondamentali affrontati in questo lavoro.
4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
4.1 La concezione
Un ponte strallato ad asse curvilineo presenta anche la caratteristica di essere sollecitato nel piano orizzontale da un sistema di forze trasversali che derivano dalla scomposizione del tiro negli stralli (fig. 4.23).
La forma della linea d’asse e la disposizione laterale degli stralli produce torsioni di una certa entità anche quando i carichi siano disposti uniformemente su tutta la larghezza della sezione.
Gli stralli non appartengono ad un piano verticale parallelo alla linea d’asse longitudinale, come avveniva nel caso d’impalcato rettilineo.
Nel caso di impalcato rettilineo, lo sforzo di trazione nello strallo, a causa della sua inclinazione, è scomponibile in:
• Una forza diretta verso l’alto che contrasta gli effetti delle azioni gravitazionali. Spesso in condizioni di carico a vuoto con questa forza si intende riprodurre la reazione verticale di appoggio- carrello con abbassamento nullo.
• Una forza diretta lungo l’asse dell’impalcato che composta con le
altre dovute agli altri stralli produce uno sforzo assiale di trazione
o di compressione. Per questo motivo, spesso i vincoli a terra di
questo tipo di strutture lasciano libere le traslazioni lungo l’asse
dell’impalcato, affinché tali sforzi assiali non passino direttamente
a terra tramite le fondazioni. Questo comporterebbe un
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
impegno delle antenne.
Non appena lo strallo esce dal piano verticale parallelo all’asse rettilineo del ponte, al precedente angolo di inclinazione appartenente a tale piano, se ne aggiunge un altro che rappresenta l’angolo formato dallo strallo col piano verticale. Conseguentemente si crea una componente (del tiro dello strallo) che è ortogonale a e sollecita la struttura nel piano orizzontale producendo momenti notevoli a causa di uno schema statico che ha per luce quella complessiva da spalla a spalla o da pila a spalla (fig. 4.1).
Fig. 4.1: Schema statico nel caso di passerella rettilinea
Passando da un ponte rettilineo ad uno in curva e ragionando non più
rispetto al piano sopra definito, ma rispetto a quello verticale tangente alla curva
nel punto di ancoraggio dello strallo, non è difficile fare conclusioni del tutto analoghe.
In questo ultimo caso, oltre alle notevoli flessioni nel piano orizzontale, l’effetto curvatura produce un notevole momento torcente che aumenta ulteriormente quando si passi da una sospensione centrale ad una laterale, soprattutto se sul lato esterno della curva.
Questo fatto ha risvolti deformativi non indifferenti: i gradi di libertà da controllare a livello di sezione sono il già citato abbassamento del punto di ancoraggio e adesso anche l’angolo di rotazione torsionale rispetto (approssimativamente) a tale punto (fig. 4.2).
Fig. 4.2: Gradi di libertà da controllare
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
esigenze di buona estetica e buon inserimento, dando un senso di pesantezza ad una struttura che vuole essere leggera e quasi trasparente.
Una soluzione alternativa può essere quella di creare un sistema di forze orizzontali e coppie torcenti antagoniste a quelle sopra individuate. In questo modo l’impalcato si troverebbe a dover contrastare sollecitazioni risultanti minori, a tutto beneficio del suo aspetto finale (fig. 4.3).
Fig. 4.3: Sistemi antagonisti di azioni trasversali e coppie torcenti
La presenza di questi due sistemi di forze orizzontali contrapposte conferisce stabilità nel piano orizzontale come non accade nel caso di ponte rettilineo, in cui lo strallo non può in alcun modo agire in tal senso e tutto è affidato alla rigidezza dell’impalcato.
Il problema è come ottenere queste forze e queste coppie.
due soluzioni attendibili:
• Creare un vero e proprio sistema secondario di sospensione nel piano orizzontale, costituito da pendini collegati ad una fune principale in uno schema del tutto simile a quello di un ponte sospeso. Il tiro di questi pendini per l’appunto si contrappone alle componenti fuori piano del tiro degli stralli (fig. 4.4).
• Creare un sistema di presollecitazione della struttura d’acciaio in modo del tutto analogo a quanto avviene per il C.A.P.: introdurre all’intero della struttura dei cavi a configurazione planimetrica e altimetrica opportune per creare quel sistema di forze di cui sopra (fig. 4.5).
Fig. 4.4: a) Rendering del ponte Kehl
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
Fig. 4.4: a) Sezione del ponte Kehl
Fig. 4.4: b) Progetto del ponte Gelsenkirchen
Fig. 4.5: a) Ponte Kelheim
Fig. 4.5: b) Rappresentazione grafica del ponte Roth
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
Fig. 4.5: b) Sezione del ponte Roth
Fig. 4.5: c) Ponte Greenville, South Carolina
Fig. 4.5: d) Progetto del ponte Kassel
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
Fig. 4.5: e) Progetto del ponte Usedom
In entrambe le soluzioni la posizione degli ancoraggi per i pendini o dei cavi di presollecitazione è tale da far sì che le azioni derivanti creino una coppia con la forza orizzontale opposta. Tale coppia sarebbe antagonista a quella torcente dovuta ai carichi gravitazionali (fig. 4.6).
Fig. 4.6: a) Soluzioni di strutture
strallate
Fig. 4.6: b) reazioni del
supporto
fig. 4.6: c) Momenti flessionale e
torsionali
fig. 4.6: d) forze sulla sezione e
cavo circolare
Fig. 4.6: e) Esempi
La prima soluzione ha creato subito delle perplessità, non solo per l’aspetto economico (la creazione di un sistema di sospensione del tipo a ponte sospeso viene presa in considerazione solo per grandi luci, proprio per il costo che essa comporta) ma anche per quello estetico a seguito di prove di inserimento.
Il motivo principale per cui è stata scartata è legato alla constatazione che
per contrastare le rotazioni torsionali, che comportavano abbassamenti dei punti
di ancoraggio, era necessario applicare ai tiranti orizzontali (o pressoché tali)
sforzi notevoli di trazione che avrebbero trasformato un sistema secondario di
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
sommità di un’antenna, solo leggermente inclinata rispetto all’orizzontale e quindi
Fig. 4.7: Configurazione deformata molto lontana da configurazione indeformata
ormeggiata con un breve strallo a terra, non ha fatto che acuire queste perplessità.
In genere uno strallo è più lungo di un pendino e quindi più deformabile a sforzo assiale. Lo sforzo assiale per contrastare l’abbassamento torsionale di cui sopra sarebbe stato ancora più intenso, con grave impegno di antenna e ormeggio corrispondente.
Lo stesso ormeggio in alveo non era per niente convincente poiché il cavo sarebbe stato soggetto ad urti ed infiltrazioni d’acqua inaccettabili.
Trattandosi di stralli lunghi e orizzontali, gli effetti del secondo ordine dovuti alla deformata sotto il proprio peso, avrebbero complicato ulteriormente la situazione (fig. 4.8).
Il risultato sarebbe stato una struttura capace di contrastare le rotazioni
torsionali solo a prezzo di grandi allungamenti subiti da stralli orizzontali (o pendini). A seguito di questi allungamenti la configurazione deformata sarebbe stata molto lontana da quella indeformata (fig. 4.7).
Fig. 4.8: Esempio con gli stralli al posto dei pendini
L’angolo di rotazione torsionale, a equilibrio raggiunto, avrebbe avuto valori inaccettabili.
Come già detto l’unico modo per contrastare ciò era accrescere enormemente le pretensioni di stralli (o pendini) comportando ciò notevole impegno statico per antenna e ormeggio (o per cavo di sospensione).
La seconda soluzione è subito apparsa più idonea nel caso in esame: (la
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
della sommità da cui si dipartono gli stralli, risulta univocamente determinata l’inclinazione d’arrivo di questi all’impalcato. Scomponendo i tiri si ottiene il sistema di forze orizzontali da contrastare.
Il cavo deve avere una curvatura tale da produrre (quando messo in trazione alle estremità) un sistema antagonista di forze di contatto con la struttura (fig. 4.9).
Fig. 4.9: Sistema antagonista di forze di contatto
La spiegazione in un caso generico non è cosa facile per questo si approfondirà nel paragrafo successivo più specificatamente dedicato alla soluzione finale di questo lavoro.
4.2 Descrizione generale
Il risultato finale di un processo di concezione e affinamento della
struttura è dunque un ponte strallato.
L’impalcato ha asse curvilineo con raggio di curvatura uguale a 130 m; su di esso sono state ricavate due piste bidirezionali accostate, una pedonale e una ciclabile, larghe complessivamente tre metri ciascuna (fig. 5.11).
Esattamente, le due corsie ciclabili sarebbero preferibili centrali, mentre le due corsie pedonali ai bordi a ridosso dei parapetti. Per la presenza dello strallo sarebbe auspicabile ridurre ad un metro la larghezza della corsia pedonale sul lato interno, per portare a due metri quello della corsia pedonale sul lato esterno:
questo lato è quello panoramico la cui visuale, non interrotta dall’antenna, da sulla traversa e il laghetto prospiciente.
Si è scelto di far ricorso ad un antenna unica disposta a monte dell’impalcato. Essa è perfettamente centrale rispetto all’arco di circonferenza dell’impalcato e sebbene sia al suo interno è inclinata in modo da uscirne (vedi paragrafo 4.5.2) (figg. 4.18 e 4.19).
Le fondazioni sono in alveo.
Non esiste alcun contatto fra antenna e impalcato. Questo è sorretto da 12 stralli a interasse di 15,00 m, oltre agli appoggi laterali sulle spalle, e ha una luce complessiva da spalla a spalla di 170 m.
Tutta la struttura è in acciaio: il calcestruzzo presente nel settore più basso
dell’antenna ha essenzialmente un ruolo irrigidente nonché protettivo contro
l’urto di oggetti galleggianti nel caso di piene con Tr=200 anni. Per la sua
presenza non sono ovviamente necessarie costolature e irrigidimenti, per
contrastare fenomeni di instabilizzazione dell’equilibrio locali (inbozzamento
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
La soletta di calcestruzzo, compresa nel pacchetto dell’impalcato, ha ancora un ruolo esclusivamente di irrigidimento dello stesso rispetto alla deformabilità nel piano orizzontale e comunque costituisce il fondo su cui poggiare la pavimentazione.
L’antenna è costituita superiormente da un elemento unico a sezione ellittica alla base e circolare in sommità. Esso è privo di funzioni strutturali e il suo ruolo è esclusivamente quello architettonico di slanciare la struttura verso l’alto al di sopra delle chiome degli alberi golenali. La sommità misura 59,50 m dal piano di calpestio ed è inclinata di circa 23° verso valle.
Alla base di questo primo tratto, puramente ornamentale, l’antenna diviene un tripode. I due bracci principali sono disposti a specchio secondo la direzione longitudinale della passerella e in allineamento con il tratto superiore. Il braccio secondario è disposto ortogonalmente all’impalcato e verso monte.
Procedendo verso il basso i tre rami sono collegati fra loro da due serie di elementi tubolari disposti più o meno al primo e al secondo terzo.
A partire dal collegamento più basso i tre rami cessano di allontanarsi: il secondario approssimativamente prosegue in modo parallelo ai due principali mentre i due principali tornano ad avvicinarsi vistosamente fino a fondersi parzialmente fra loro subito sopra il plinto.
I tre rami si innestano direttamente su un plinto in calcestruzzo poggiato su una spessa zattera, di collegamento fra alcuni pali di grande diametro. Per evitare fenomeni di scalzamento e considerate le caratteristiche del terreno, si è dovuto ricorrere ad una fondazione su pali di grande diametro.
Dalla sommità del tripode si dipartono simmetricamente 12 cavi di
sospensione disposti secondo lo schema a ventaglio modificato con la variante puramente architettonica in cui gli stralli si incrociano.
Non si è fatto ricorso a stralli di compensazione che risultavano tesi per ogni condizione di carico solo nel caso in cui fossero stati ancorati nell’alveo.
La sezione dei singoli rami principali dell’antenna è estremamente variabile lungo lo sviluppo in altezza: alla base si ha una sezione ellittica con diametro maggiore, disposto longitudinalmente all’impalcato, quattro volte superiore al diametro minore (D = 4500 mm; d = 1125 mm). Essa si fonde parzialmente con la sezione identica dell’altro ramo.
La sezione ellittica è una caratteristica di questi due rami lungo tutta la loro altezza, pur variando il diametro minore e il rapporto fra diametro maggiore e minore da 4 a 2.
Il ramo secondario è ancora a sezione ellittica con rapporto fra i diametri uguale a 2 ma questa volta il diametro minore è costante lungo tutta l’altezza (fig.
4.22).
La sezione ellittica è servita a dare un contributo irrigidente nella direzione longitudinale del ponte che presentava il primo periodo di vibrazione modale piuttosto alto; la maggior quota di rigidezza è stata conferita spaccando il fusto unico di un ipotetica antenna e creando questa particolare conformazione a tripode-fuso in grado di irrigidire dove più serve (fig. 4.10).
I cavi di sospensione sono ancorati lateralmente all’impalcato, dalla parte
esterna (quindi verso valle). La soluzione scelta può comunque essere definita
ibrida fra quella a sospensione centrale e quella a sospensione laterale: per come è
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
lato dello strallo. Esiste un importante settore di essa disposto sul lato opposto.
Questo settore, oltre ad esplicitare un ruolo di semplice bilanciamento con il suo peso, è anche sede di gran parte della rigidezza flessionale, torsionale e assiale dell’intera sezione e per questo motivo può essere paragonata ad una specie di spina dorsale della struttura (fig. 4.20).
Fig. 4.10: Genesi della conformazione finale dell’antenna
Questa particolare collocazione dell’ancoraggio è nata in parte
dall’esigenza di ridurre il braccio torcente fra la componente verticale del tiro
negli stralli e la risultante dei carichi gravitazionali. La larghezza del piano di
calpestio è stata prevista fin dall’inizio di 6,00 metri: nell’ipotesi di carico folla su
tutta questa larghezza e di strallo ancorato lateralmente (in senso letterale), il
braccio fra l’azione verticale dello strallo e l’azione verticale risultante dei carichi
gravitazionali, sarebbe stato di 3,00 m. L’accorgimento di ancorare lo strallo 1,00
Fig. 4.11: La particolare collocazione dell’ancoraggio
L’impalcato è largo superiormente 6,80 m e inferiormente 8,80 m.
La sua altezza complessiva al netto della pavimentazione è di 1,00 m.
La sua struttura portante è interamente d’acciaio e fondamentalmente costituita da:
• Un cassone laterale esterno a forma di trapezio rettangolo con la base maggiore di 2500 mm, la base minore di 1500 mm ed il lato verticale interno di 1000 mm; esternamente, per motivi estetici e di natura aerodinamica, si è collocato un lato inclinato a 45°. Lo spessore delle lamiere è di 20 mm.
• Un cassone laterale interno a forma di trapezio rettangolo con la
base maggiore di 2100 mm, la base minore di 1100 mm ed il lato
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
spessore delle lamiere è di 30 mm.
• Un sistema di collegamento dei due cassoni, costituito da traversi a sezione scatolare quadrata di lato 600 mm e spessore 20 mm posti ad interasse di 3750 mm e da diagonali IPE500 disposti a croce di S.Andrea nelle maglie 7500 mm per 6000 mm (3750x2=7500).
Centralmente si è collocato un elemento parallelo ai cassoni. E’
una trave IPE500 che collega longitudinalmente i nodi centrali delle croci di S.Andrea e le mezzerie dei traversi. Non è passante in tali elementi (fig. 4.37).
• Una soletta di calcestruzzo gettata su una lamiera grecata direttamente poggiata sulle croci di S.Andrea e sui traversi e compresa fra i due cassoni ai quali è connessa tramite tondini di ferro ripiegati e saldati alle pareti.
Quello appena descritto è da ritenersi il vero e proprio corpo dell’impalcato: uno nastro spesso 1,00 m, curvilineo con raggio di curvatura 130 m e luce complessiva 170 m.
Gli stralli, come già detto, sono ancorati sul lato esterno ed in particolare sono collegati tramite costolature al lato verticale interno del cassone laterale esterno (la spina dorsale); per la loro inclinazione producono un sistema di forze orizzontali radiali, centrifughe in mezzeria, centripete vicino alle spalle (fig. 4.16).
La loro azione verticale forma una coppia con la risultante delle azioni gravitazionali producendo momento torcente che tende a ribaltare il piano dell’impalcato verso l’interno.
Per creare un sistema di forze orizzontali e coppie torcenti antagonisti a
quelli sopra indicati si è scelto di fare ricorso al pretensionamento di una grossa fune collocata all’interno di un tubo a sezione circolare di diametro 40 cm e spessore 3,5 cm. Tale guaina rigida è collegata al corpo dell’impalcato da elementi trasversali sempre tubolari e di spessore 2 cm ma il cui diametro varia linearmente dai 100 cm nel punto di attacco con il cassone laterale interno ai 40 cm della guaina stessa (fig. 4.12).
Fig. 4.12: La soluzione scelta in questo lavoro
La curvatura da dare a questo sistema tubo-fune deriva dalla
considerazione che quando la fune viene messa in trazione alle sue estremità (poi
direttamente collegate al terreno tramite le fondazioni) il sistema di forze che essa
produce per contatto sulle pareti della guaina e poi tramite gli elementi trasversali
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
La curvatura da dare alla fune dunque è in questo caso dello stesso segno della curvatura dell’impalcato. Si tratta ora di decidere che valore assegnare.
Le motivazioni architettoniche ed estetiche sono state fondamentali e alla fine si è deciso di ricorrere ad un arco di circonferenza con raggio di 195 metri che passi per gli stessi punti per cui passa (sulle spalle) l’arco di circonferenza dell’impalcato; le due linee d’asse costituiscono così uno spicchio lunare piuttosto stretto (fig. 4.13).
Fig. 4.13: Caratteristiche geometriche fondamentali della passerella
L’interasse fra i collegamenti trasversali è di 15,00 m; essi sono posizionati in corrispondenza degli ancoraggi degli stralli (anche per creare maggiore corrispondenza fra azioni radiali centrifughe e centripete).
E’ importante sottolineare che mentre il tubolare si incerniera
semplicemente al corpo di calcestruzzo della spalla, la fune al suo interno
prosegue attraversando l’intero blocco di calcestruzzo per sbucare sulla faccia opposta. Una volta pretesa la fune, le sue estremità si attestano direttamente sul blocco di fondazione e da qui scaricano le loro azioni direttamente a terra.
Le uniche forze che la fune esercita sulla passerella sono quelle radiali centripete.
In effetti, se il tubolare fosse sufficientemente rigido a flessione ed avesse un andamento non spezzato ma curvilineo, al posto di forze concentrate radiali (in corrispondenza delle connessioni con l’impalcato) le si avrebbero distribuite su tutta la sua lunghezza.
Il telaio formato dal cassone laterale interno dell’impalcato, dagli elementi trasversali non prismatici di connessione e dal tubolare che fa da guaina alla fune (inizialmente libero di scorrere al suo interno) ha essenzialmente lo scopo di imporre un determinato andamento planimetrico e altimetrico al cavo.
L’andamento planimetrico si è già visto ed in effetti forse era fattibile un sistema a cavi scoperti che vedesse la fune “nuda” e collegata all’impalcato da pendini (fig. 4.14).
L’andamento altimetrico, invece, doveva essere tale da creare un braccio
(2,00 m) fra le due azioni centripeta e centrifuga che contrastasse il momento
torcente dovuto alle azioni verticali; l’unico modo era sostituire i flessibili pendini
con elementi tubolari non prismatici e molto rigidi a flessione. Essi sarebbero stati
discendenti dal livello dell’impalcato verso una quota opportuna a cui era
necessario che passasse la fune: le azioni orizzontali centrifughe (stralli) si
sarebbero trovate al livello dell’impalcato mentre quelle centripete (fune) si
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
Fig. 4.14: Sistema scartato a cavi scoperti
Questa coppia creerebbe un momento torcente antagonista a quello
“gravitazionale”.
A questo punto è stato istintivo “rivestire” la fune con un tubolare che collegasse fra loro le estremità libere delle connessioni trasversali e creasse una maglia rettangolare rigida chiusa del tipo a telaio. Anche esteticamente è sembrata brutta una fune scoperta che scorresse in opportuni fori prodotti alle estremità degli elementi trasversali (fig. 4.12).
Peraltro questo tubolare di rivestimento, per il fatto che la fune attesta le
sue estremità direttamente sulle spalle, non risulta fortemente compresso: per esso
si registrano fino allo Stato Limite Ultimo valori di compressione estremamente
ridotti rispetto a quelli di trazione della fune al suo interno e tali valori decrescono
procedendo verso le spalle fino ad annullarsi o a divenire di trazione (mentre la
fune interna mantiene pressoché invariato il suo valore di trazione lungo tutta la lunghezza da spalla a spalla) (fig. 4.37).
In effetti sconnettere completamente questo tubolare dal blocco delle spalle facendolo terminare con estremità libere comporta effetti del tutto trascurabili sulla struttura complessiva (ciò è confermato dalle piccole reazioni vincolari che questo riceve dalle spalle).
In conclusione, il corpo dell’impalcato ha raggio di curvatura uguale a 130 m e dalla parte interna un tubolare (d = 40cm) con raggio di curvatura uguale a 195 m.
Planimetricamente questi due archi di circonferenza hanno la comune corda di 170 m e le loro estremità coincidenti sulle spalle (fig. 4.13).
Altimetricamente l’arco di circonferenza dell’impalcato si trova 2,00 m sopra l’arco di circonferenza del tubolare e tale posizione relativa è garantita da rigide mensole (fig. 4.15).
Così facendo il livello di intradosso minimo dell’attraversamento diviene quello del tubolare. Tutta la struttura va innalzata di circa 2,00 m sul livello di piena duecentennale e questo implica rampe più ripide ma comunque abbondantemente entro le prescrizioni delle normative.
Le altezze libere sulle vie alzaie (o di ripa) rimarrebbero pari a circa 3,00 m e quindi accettabili per un traffico ciclabile e pedonale.
Va fatta però una considerazione: tutto il funzionamento descritto fino ad ora è realizzato nella parte centrale della passerella dove gli stralli sono inclinati
“correttamente” e le loro azioni orizzontali sono centrifughe. Proprio in questa
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compensazione delle azioni trasversali nonché di contrapposizione a momenti e
Fig. 4.15: Il tubolare si trova costantemente 2 m sotto l’impalcato
angoli torcenti dovuti ai carichi gravitazionali (fig. 4.16).
Procedendo verso le rive queste esigenze si indeboliscono fino ad annullarsi sulle spalle dove evidentemente la presenza dei vincoli stabilizza nel piano orizzontale, assorbe le azioni trasversali e annulla l’angolo torsionale (il momento di torsione si trasmette al terreno tramite i vincoli). Mantenere la differenza di quota di 2,00 m fra impalcato e tubolare diviene inutile, senza considerare il fatto che a causa della curvatura dell’impalcato gli stralli hanno progressivamente cambiato la loro inclinazione fornendo in prossimità delle spalle una azione orizzontale centripeta concorde con quella della fune.
La fune in queste zone ha esaurito i suoi effetti benefici, peraltro non più necessari per la vicinanza dei vincoli; non c’è ragione per mantenerla a quota 2,00 m rispetto all’impalcato.
Si è deciso di modificare l’andamento altimetrico del tubolare e della fune interna.
Più o meno all’altezza del primo e del terzo quarto dello sviluppo della
passerella si è progressivamente e linearmente ridotta la differenza di quota
zfra
le due linee d’asse, avvicinando progressivamente quella del tubolare a quella
dell’impalcato per farle coincidere sulle spalle. Ne è derivato un andamento
altimetrico che vede la quota relativa della fune costante a -2,00 m nella zona
centrale e poi progressivamente in diminuzione fino ad annullamento nelle zone
laterali. Sulle spalle il tubolare è completamente fuso all’interno del corpo
dell’impalcato (fig. 4.17).
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
altezze libere sulle vie alzaie (fig. 4.19). Questo valore è abbondante per un traffico ciclabile e pedonale e non preclude il passaggio occasionale di alcuni tipi di mezzi motorizzati (di soccorso, di polizia, di manutenzione).
Fig. 4.17: Andamento altimetrico del tubolare definitivo
Il beneficio maggiore è stato soprattutto a livello di funzionamento statico:
l’escursione altimetrica del cavo ha fatto si che alle azioni orizzontali centripete fino ad ora analizzate (dovute alla planimetria del cavo) se ne aggiungessero due verticali rivolte verso l’alto in corrispondenza delle cuspidi formatesi appunto al primo e al terzo quarto della passerella (fig. 4.17).
Queste due azioni sono in tutto e per tutto paragonabili a due appoggi
elastici che si contrappongono alle azioni verticali producendo un momento
torsionale antagonista (fig. 4.36).
E’ stato fondamentale far si che questi due appoggi elastici non producano grandi effetti antagonisti localizzati ma piuttosto più modesti effetti antagonisti distribuiti.
L’unico modo per fare questo è stato accrescere le rigidezze flessionali e torsionali dell’impalcato: in particolar modo del cassone laterale interno direttamente collegato tramite le connessioni trasversali al tubolare.
In proposito è facilmente intuibile come assegnando al tubolare non un profilo altimetrico con due cuspidi, ma uno curvilineo parabolico si sarebbe passati da una situazione con due rilevanti azioni concentrate ad una situazione che veda la presenza di azioni più modeste e distribuite. Questo ridurrebbe il grado di irrigidimento richiesto a proposito dell’impalcato (per maggiori dettagli vedere paragrafo 4.5.3).
Longitudinalmente l’impalcato è una trave continua ad asse curvilineo su più appoggi di cui quelli estremi fissi e quelli intermedi elastici. Essa misura complessivamente 185 m di lunghezza secondo l’ascissa curvilinea e 170 m secondo la corda. Il raggio di curvatura come già detto è di 130 m.
Alla passerella si accede tramite due rampe in terra e comunque sempre in rilevato onde non intaccare gli argini maestri:
• Dal lato di S.Anna, prima si sale lungo l’argine maestro per
superare un dislivello
h= 5,20 m su una distanza d = 428 m, con
una pendenza i = 1,2%. Arrivati sulla sommità arginale si prosegue
su un pennello per superare un dislivello
h= 3,00 m su una
distanza d = 174 m, con una pendenza i =1,65%.
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
l’argine maestro secondo un piacevole andamento planimetrico curvilineo che ricalca quello dell’argine stesso. Il dislivello di
h= 8,00 m viene superato su una lunghezza d = 310 m, con la pendenza i = 2,58 %.
Gli apparecchi d’appoggio disposti sulle spalle lasciano libera solamente la rotazione attorno all’asse orizzontale perpendicolare alle tangenti di estremità della passerella.
Come già accennato l’antenna e il plinto sono fondati su pali di grande diametro collegati in testa da un solettone rigido in cemento armato (fig. 4.33). Le caratteristiche del terreno ed il pericolo di scalsamento hanno condotto all’impiego di questa tipologia di fondazione (vedi appendice).
I pali peraltro sono essenzialmente impegnati a sforzo assiale di compressione.
Anche per le spalle si prevedono fondazioni profonde su pali ma in questo caso principalmente per la presenza i notevoli sforzi taglianti derivanti dall’ancoraggio della fune pretesa.
Questo, in sintesi, il risultato finale di un lungo lavoro di analisi e modellazione della struttura che per passi successivi, ha portato alla determinazione progressiva delle caratteristiche definitive dell’opera (fig. 4.18- 4.22). Le varie fasi di questo lavoro sono:
• Le scelte progettuali iniziali
• Lo studio con modelli semplici
• La modellazione agli Elementi Finiti finale ed l’analisi dinamica e
deformativa della struttura
• Il dimensionamento definitivo e la strategia di applicazione dei carichi.
• Le verifiche globali
In questo e nei capitoli successivi si approfondiranno questi punti.
Fig. 4.18: Vista di insieme del ponte
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Fig 4.19: a) Prospetto laterale
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Fig 4.21: Sezione
Fig 4.22: Pila
4.3 Scelte progettuali iniziali
Nelle fasi iniziali si sono fatte alcune scelte fondamentali, destinate a
restare punti fermi nelle fasi successive di perfezionamento e affinamento del modello strutturale.
I dati progettuali costanti o divenuti quasi subito tali, sono stati:
• La luce principale da spalla a spalla fissata in L = 170 m.
La spalla sinistra è ricavata all’estremità interna del pennello e la spalla destra è ricavata direttamente sull’argine maestro.
• Al termine di studi effettuati su strutture curvilinee generiche (vedi paragrafo 4.4), il raggio di curvatura dell’asse di impalcato è stato fissato in R = 130 m.
• Una volta scelta la soluzione che prevedeva di ricorrere ad una presollecitazione della struttura mediante introduzione di cavi pretesi al suo interno, per il raggio di curvatura dell’asse della fune pretesa si è fissato R = 195 m.
• Disposizione degli stralli secondo lo schema a ventaglio modificato.
Questa soluzione è apparsa esteticamente più gradevole e a parità di interasse ( i ) fra gli stralli, consente di avere antenne più basse rispetto allo schema ad arpa semplice. Peraltro non si è in presenza di una concentrazione di ancoraggi sulla sommità dell’antenna, principale svantaggio dello schema a ventaglio semplice
• Passo degli stralli di sospensione fissato in i = 15,00 m; pari ad 1/13 dello sviluppo complessivo della passerella.
Pur non trattandosi di un dato di progetto fissato, a questo punto del lavoro
è ferma l’intenzione di ricorrere ad un impalcato metallico per il quale un
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Al crescere dell’interasse diminuisce il numero complessivo di stralli ma di contro cresce il settore di competenza del singolo strallo, il quale si ritrova a sostenere sforzi di trazione maggiori. Occorre far ricorso ad elementi di diametro maggiore e soprattutto diventano più impegnativi, sia economicamente che tecnicamente, gli ancoraggi alle estremità ed ìn particolare quelli dell’impalcato.
Lo stesso impalcato richiede opportuni e costosi rinforzi locali in corrispondenza del giunto a trazione.
Allontanare gli ancoraggi inesorabilmente porta un accrescimento delle sollecitazioni flessionali sull’impalcato e conseguentemente un accrescimento della sua altezza.
Per questi motivi, nei ponti strallati moderni si ricorre spesso a strallatura diffusa (per impalcati in c.a.p. i 7,50 m, per impalcati in acciaio i 15,00 m): oltre a impalcati sottili, le minori sollecitazioni negli stralli permetto l’utilizzo di elementi più facilmente trasportabili e assemblabili.
Le operazioni di costruzione per conci successivi sono semplificate ed in fase di esercizio è possibile sostituire uno strallo danneggiato senza ricorrere ad opere provvisorie di sostegno.
• Come già detto, l’asse curvilineo dell’attraversameto porta naturalmente a collocare l’antenna lateralmente. Conseguentemente si ipotizza sin da ora e definitivamente una disposizione laterale degli stralli, generalmente sul bordo dal lato dell’antenna.
Tale soluzione, oltre ad essere più “istintiva” è dovuta al fatto che uno
strallo centrale a causa della sua doppia inclinazione, costituirebbe sia un
ingombro trasversalmente sia una sorta di barriera longitudinale.
Gli stralli sono caratterizzati da due angoli (fig. 4.23):
Fig 4.23: Scomposizione vettoriale del tiro nello strallo
: elevazione nel piano verticale tangente al bordo interessato dagli ancoraggi, misurato a partire dal piano della soletta.
: deviazione in pianta rispetto alla tangente alla linea d’asse longitudinale del ponte.
• Questa doppia inclinazione dei cavi, la sospensione laterale e l’asse curvilineo dell’attraversamento, hanno reso subito evidente la necessità di adottare un impalcato opportunamente torsiorigido.
La soluzione a cassone chiuso, unicellulare o pluricellulare, sebbene ritenuta più costosa e forse non assolutamente necessaria, non è stata esclusa a priori.
L’attenzione si è maggiormente concentrata su soluzioni a cassoni
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ricorrere ad una struttura interamente di acciaio per la connessione si è pensato ad un sistema di traversi e di diagonali (disposti secondo lo schema a croce di S.Andrea).
A proposito delle azioni torcenti dovute a carichi di servizio disposti in modo asimmetrico sulla sezione trasversale, si rimanda alla considerazione fatta più avanti a proposito dell’analisi dei carichi (vedi capitolo 6).
• La larghezza del piano di calpestio è stata fissata in 6,00 m.
• Al termine di studi effettuati su strutture curvilinee generiche (vedi paragrafo 4.4) si è scelto di ricorrere ad un’antenna perfettamente centrale.
Una prima valutazione, puramente architettonica, è stata fatta, come per le altre tipologie di ponti, stimando in modo molto approssimato le possibili dimensioni dell’impalcato, in base alle dimensioni di opere analoghe realmente esistenti. Per l’impalcato è stato usato uno spessore indicativo di circa 1,00 m. Eseguendo disegni e schizzi della passerella al variare di alcune caratteristiche, si è visto l’effetto complessivo in rapporto al paesaggio circostante e alla sezione del fiume.
La soluzione con due antenne ai lati è stata esaminata nelle sue molteplici varianti (fig. 4.24):
Antenne uguali disposte a valle e inclinate verso valle
Antenne uguali disposte a monte e inclinate verso monte
Antenne disuguali disposte a valle e inclinate verso valle
Antenne disuguali disposte a monte e inclinate verso monte
Semplici considerazioni geometriche e limitazioni a proposito
dell’inclinazione minima per gli stralli (
min= 25°), hanno fatto trovare altezze
contenute per le antenne.
Fig. 4.24: Due prove di inserimento con due antenne a monte o a valle
Questa soluzione ha il grande pregio di collocare le masse verticali delle antenne, con i vari stralli che si dipartono dalla loro sommità, in posizione laterale e di mettere quindi in rilievo il sottile impalcato che attraversa lo spazio relativamente “vuoto” sopra l’alveo.
In realtà un motivo fondamentale che renderebbe questa soluzione
preferibile ad altre, è che permette di progettare fondazioni fuori dall’alveo, oltre
che più leggere in quanto competenti circa a metà passerella. In questo caso, la
particolare e definitiva collocazione del manufatto e la sua linea d’asse curva che
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(necessaria per un prevalente sforzo assiale di compressione), fanno si che le corrispondenti fondazioni si trovino comunque in alveo (fig. 4.24).
A questo punto non c’era impedimento a scartare una soluzione come questa, comunque piuttosto tradizionale, a favore di uno schema ad antenna unica presumibilmente più alta, più impegnata, fondata in alveo ma più originale ed esteticamente interessante.
L’altezza non presenta un vero problema, poiché si è ritenuto importante rendere il manufatto visibile a distanza e quindi sormontare la copertura arborea già presente in golena sinistra e prevista in golena destra.
E’ ragionevole supporre che non sia estremamente maggiore l’impegno economico e tecnologico di una fondazione unica in alveo, sebbene più “caricata”, rispetto a quello per due fondazioni ancora in alveo.
L’analisi approssimata di una struttura ad antenna unica spostata più o meno lateralmente si è dimostrata ingestibile, poiché ha messo in evidenza distribuzioni di sollecitazione e di deformazione estremamente disuniformi per le quali difficilmente sarebbe stato possibile ricorrere ad un impalcato a sezione pressoché costante senza sfruttare malamente il materiale. Approssimative analisi modali hanno mostrato oscillazioni assolutamente atipiche nonché valori di periodo estremamente alti (fig. 4.25).
La scelta di ricorrere ad un’antenna perfettamente centrale potrebbe
sembrare esteticamente banale. In realtà sarà la collocazione della passerella, in se
perfettamente simmetrica, in un contesto irregolare quale è quello del fiume a non
dare questo senso di “semplicità” (fig. 4.19).
Fig. 4.25: Due prove di inserimento con antenna unica decentrata
Collocare l’antenna in posizione centrale ha posto un problema nuovo di natura estetica: rispetto alla soluzione con due antenne, adesso questo elemento verticale assume un’estrema importanza nella caratterizzazione dell’opera perché si trova proprio al centro di quello spazio libero al di sopra dell’alveo.
Questo elemento non è in secondo piano ai bordi ma perfettamente al centro dell’attenzione.
Diviene fondamentale studiare una forma architettonica nuova,
esteticamente interessante, che al contempo svolga correttamente ed
efficacemente il suo ruolo strutturale. La forma finale scaturisce peraltro anche da
Capitolo 4 LA SOLUZIONE STRALLATA: CONCEZIONE E FUNZIONAMENTO STATICO
