Università di Pisa
Scuola di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Edile e delle Costruzioni Civili
Tesi di Laurea
NUOVO PONTE STRALLATO
SULL’ARNO A VALLINA (FI)
Relatori
Candidato
Prof. Ing. Pietro Croce
Nicolò Guiducci
Ing. Daniele Lucchesi
3. Generalità sui ponti strallati ... 8
3.1. Sviluppo storico ... 8
3.2. La struttura resistente ... 9
3.3. Gli stralli ... 10
3.4. Metodi di costruzione ... 14
3.5. Il metodo degli schemi elastici parziali e l’analisi in avanzamento 15
3.6. Varianti tipologiche ... 17
3.6.1. Passo degli stralli sull’impalcato ... 17
3.6.2. Sospensione a ventaglio, ad arpa od intermedia ... 19
3.6.3. Sospensione centrale o laterale ... 22
3.6.4. Forma delle torri ... 24
3.7. Confronto tra il ponte strallato ed il ponte sospeso ... 26
4. Stato dell’arte dei ponti strallati in Italia ... 30
4.1. Ponte sul fiume Bacchiglione ... 30
4.2. Ponte sul fiume Adige ... 32
4.3. Ponte di Favazzina ... 34
4.4. Ponte di Bari ... 36
4.5. Ponte in Val di Pai ... 38
5. Il ponte oggetto di studio ... 41
5.1. L’impalcato ... 41
5.2. Le torri ... 43
5.4. I vincoli esterni dell’impalcato ... 45
5.5. La sottostruttura ... 46
5.6. Il procedimento costruttivo ... 46
6. Riferimenti normativi ... 48
7. Caratteristiche dei materiali ... 50
8. Classi di resistenza del calcestruzzo e copriferri ... 53
9. Modelli di calcolo ... 54
9.1. La struttura resistente del ponte ... 54
9.2. Le fasi costruttive ... 54
9.3. La fase di esercizio ... 58
9.4. Le lastre predalle ... 59
10. Analisi dei carichi ... 60
10.1. Azioni permanenti ... 60
10.1.1. Pesi propri strutturali ... 60
10.1.2. Pesi propri non strutturali ... 60
10.1.3. Pretensioni degli stralli ... 60
10.1.4. Ritiro e viscosità ... 66
10.2. Azioni variabili ... 66
10.2.1. Vento ... 66
10.2.2. Neve ... 68
10.2.3. Temperatura ... 68
10.2.4. Azioni durante la costruzione ... 69
10.2.5. Azioni da traffico ... 69
10.3. Azioni sismiche ... 70
11. Combinazioni di carico ... 73
12. Classificazione delle sezioni trasversali ... 74
12.1. Travi di impalcato ... 74
12.1.1. Travi principali ... 74
12.3. Bielle ... 77
13. Stato di sforzo del ponte a fine costruzione ... 79
13.1. Travi principali ... 79
13.2. Stralli ... 80
14. Analisi sismica ... 82
15. Verifiche della sovrastruttura ... 87
15.1. Travi di impalcato ... 87
15.1.1. Travi principali ... 87 15.1.2. Traversi ... 90 15.1.3. Rompitratta ... 93 15.1.4. Mensole ... 96 15.1.5. Travi di bordo ... 9915.2. Lastre predalle ... 102
15.3. Soletta di impalcato ... 103
15.3.1. Verifica a sforzo normale ed a flessione ... 103
15.3.2. Verifica a taglio ... 104
15.3.3. Verifica a punzonamento... 105
15.4. Pioli ... 105
15.4.1. Pioli delle travi principali ... 106
15.4.2. Pioli dei traversi ... 107
15.4.3. Pioli dei rompitratta ... 108
15.4.4. Pioli delle mensole ... 109
15.5. Giunti bullonati delle travi di impalcato ... 110
15.5.1. Travi principali ... 111 15.5.2. Traversi ... 114 15.5.3. Rompitratta ... 117 15.5.4. Mensole ... 119 15.5.5. Travi di bordo ... 120 15.5.6. Diaframmi ... 12215.6. Torri ... 124
15.6.1. Gambe delle torri ... 124
15.6.2. Traversi delle torri ... 127
15.7. Stralli e loro attacchi ... 130
15.8. Appoggi dell’impalcato ... 132
15.9. Dispositivi di vincolo dinamico ... 132
15.10. Bielle e perni ... 133
15.11. Guide ... 134
15.12. Giunti di dilatazione ... 134
16. Verifiche della sottostruttura ... 135
16.1. Ancoraggi delle torri ... 135
16.2. Ancoraggi delle bielle ... 139
16.3. Capacità portante verticale dei pali di fondazione ... 141
16.3.1. Pali di fondazione delle torri ... 141
16.3.2. Pali di fondazione delle spalle ... 141
17. Conclusioni ... 143
della sua particolare forma, ha una altezza superiore ai valori usuali. La soluzione strallata adottata nel presente lavoro per entrambi i ponti serve ad ovviare all’ingombro visivo dell’opera vincitrice del concorso. Lo studio si è concentrato su un solo ponte. In partico-lare, è stata studiata la sequenza di tesatura degli stralli durante la costruzione per sbalzi successivi strallati. L’analisi di un ponte strallato, infatti, non può prescindere dalla de-terminazione delle pretensioni da imprimere agli stralli all’interno delle fasi di montaggio stabilite.
Figura 1.2. Prospetto del ponte.
riva destra del fiume. Sul lato destro dell’Arno corre la S.S.67 Tosco-Romagnola, mentre il lato sinistro è costeggiato dalla S.P.34. I due ponti, posti in serie, costituirebbero una variante dell’attuale tracciato della S.P.34, permettendole di evitare l’attraversamento del centro abitato di Vallina, il che causa dei rallentamenti al traffico a causa delle installa-zioni semaforiche presenti che consentono l’attraversamento a piedi della strada da parte dei residenti. Questa operazione è resa favorevole dal sorgere di Vallina sul lato esterno dell’ansa di Grignano dell’Arno, che verrebbe dunque tagliata dai due ponti. Le due strade verrebbero inoltre collegate con una intersezione posta tra i due ponti, che sorgerebbero in una zona extraurbana. L’intervento si situerebbe a circa metà strada tra il ponte di Var-lungo a Firenze ed il ponte presente alla periferia Ovest di Pontassieve (FI).
Figura 2.2. Il nuovo tracciato stradale presso Vallina.
Figura 2.4. Vista dell’ansa di Grignano da Vallina.
Figura 2.5. Vista della S.P.34 da Vallina.
Il progetto vincitore della gara di appalto indetta da ANAS prevede la realizzazione di due ponti a travata la cui sezione trasversale, a causa della sua particolare forma, ha una
altezza superiore ai valori usuali. All’anno 2019, tuttavia, nessun cantiere è stato ancora avviato.
Figura 2.6. Vista di Vallina dall’ansa di Grignano.
Figura 2.7. Vista della S.S.67 Tosco-Romagnola dall’ansa di Grignano.
2.2. La soluzione proposta
Per ovviare all’ingombro visivo dell’opera vincitrice del concorso, nel presente lavoro è stata adottata la soluzione strallata per entrambi i ponti.
senza pile in alveo.
La quota di massima piena avente un tempo di ritorno di 200 anni è circa pari a 70 m ed a 67,5 m s.l.m. in corrispondenza rispettivamente del primo e del secondo ponte. Per garantire un franco di 2 m, la quota di progetto è stata posta rispettivamente a 75 m ed a 72,5 m s.l.m.
La strada servita dai ponti è di tipo C1. Essa è costituita da una corsia per ogni senso di marcia larga 3,75 m e dalle due banchine di destra larghe 1,5 m. Ne risulta una lar-ghezza carrabile di 10,5 m. I dispositivi di ritenuta occupano una larlar-ghezza di 0,5 m. All’esterno di essi si trovano due piste ciclabili larghe 1,5 m. Sui ponti sono poi presenti due fasce larghe 0,5 m lasciate libere per ospitare gli attacchi degli stralli all’impalcato, assenti sui rilevati di accesso ai ponti. Completano la sezione stradale due marciapiedi larghi 1,5 m e due parapetti, che occupano una larghezza di 0,25 m. La sezione stradale è dunque larga 19 m sui ponti e 18 m sui rilevati.
Scopo di questa tesi è la progettazione strutturale del primo ponte. In particolare, è stata studiata la sequenza di tesatura degli stralli durante la costruzione per sbalzi succes-sivi strallati. L’analisi di un ponte strallato, infatti, consiste essenzialmente nella determi-nazione delle pretensioni da imprimere agli stralli all’interno delle diverse fasi di mon-taggio stabilite.
3. Generalità sui ponti strallati
3.1. Sviluppo storico
I ponti strallati hanno iniziato a diffondersi sistematicamente a partire dal 1955, anno della costruzione del ponte di Stromsund in Svezia, avente una luce di 183 m. In prece-denza molti altri ponti strallati erano stati costruiti, primi fra tutti i ponti levatoi dei castelli medievali, ma essi erano rimasti dei casi isolati e non avevano dato vita ad uno sviluppo organico di questa tipologia. Il loro successo fu dovuto anche al contemporaneo sviluppo dell’elaboratore elettronico, che ne rese possibile il calcolo. Infatti, la necessità di intro-durre le pretensioni degli stralli già durante la costruzione complica notevolmente i calcoli rispetto ad altre tipologie di ponte.
Figura 3.1. “Pons ferreus”, 1616.
Figura 3.3. Ponte di Vladivostok, Russia, 1104 m di luce, 2012.
3.2. La struttura resistente
La struttura resistente del ponte strallato è costituita da tre elementi: - gli stralli;
- le torri; - l’impalcato.
Gli stralli sono cavi di acciaio inclinati funzionanti solo a trazione. Sono soggetti a carichi concentrati alle loro estremità ed assumono una configurazione rettilinea a meno del loro stesso peso, a differenza dei cavi principali dei ponti sospesi, che sono sollecitati dall’azione distribuita dei pendini. Gli stralli sostengono l’impalcato puntualmente grazie alle componenti verticali dei tiri in essi presenti. Tali componenti verticali sono introdotte grazie alle torri, che sollevano i punti di ancoraggio degli stralli al di sopra dell’impalcato.
Gli stralli quindi riportano i carichi agenti sull’impalcato alle torri, le quali li scaricano a terra. Gli stralli fungono perciò da appoggi elastici per l’impalcato, che risulta soggetto anche a sforzo normale a causa delle componenti orizzontali dei tiri presenti negli stralli stessi.
Gli stralli assumono una configurazione di equilibrio curvilinea sotto l’azione del loro peso. Il loro comportamento non è dunque lineare, ma la loro rigidezza cresce all’aumen-tare del tiro in essi presente, ossia al diminuire della loro curvatura. Possono essere ana-lizzati in modo approssimato con un modello lineare definendo il modulo elastico fittizio ED di Dischinger. Il rapporto fra esso ed il modulo elastico E dell’acciaio dello strallo è
minore di 1, ma cresce verso 1 al diminuire verso 0 della proiezione orizzontale l della lunghezza dello strallo, del peso specifico medio γ dello strallo, costituito da una parte resistente in acciaio e da una protezione, e del modulo elastico E dell’acciaio dello strallo ed al crescere all’infinito della tensione σ presente nello strallo. L’espressione di ED è:
𝐸 = 𝐸 1 +𝛾 𝑙 𝐸
12𝜎
Per questi motivi per gli stralli si usano protezioni leggere ed acciai ad alta resistenza, che però sono molto sensibili alla corrosione.
Figura 3.4. Ponte tra Rion e Antirion, Grecia, 560 m di luce, 2004.
3.3. Gli stralli
Gli stralli più usati sono quelli a trefoli paralleli. Ciascuno strallo è formato da più trefoli disposti parallelamente fra loro. Nel caso in cui se ne rompano alcuni, la loro ri-dondanza consente allo strallo di continuare a resistere. Ogni trefolo è formato da sei fili
Figura 3.5. Trefolo.
Figura 3.6. Protezione del trefolo.
Figura 3.8. Guaina di HDPE di grande spessore.
Lo strallo è dotato alle sue estremità di due teste di ancoraggio, una regolabile ed una fissa, nelle quali ogni trefolo è ancorato singolarmente. Le teste trasferiscono gli sforzi degli stralli mediante gli attacchi all’impalcato ed alle torri. La testa fissa o regolabile può essere posta indifferentemente sull’impalcato o sulla torre.
Figura 3.9. Testa fissa.
l’intero strallo sia soggetto allo sforzo richiesto. È necessario che alla fine della tesatura tutti i trefoli siano sottoposti allo stesso sforzo normale. Ciò si può ottenere misurando le forze che si instaurano in essi, tesando ogni trefolo in modo che la forza presente in esso salga al valore a cui scende la forza presente in ognuno dei trefoli già tesati. Altrimenti, si può imporre il medesimo allungamento a tutti i trefoli, facendo coincidere dei segni impressi su quello da tesare con quelli presenti sui trefoli già tesati.
Figura 3.11. Martinetto per la tesatura di un trefolo.
La possibilità per i trefoli di scorrere dentro la guaina di HDPE di grande spessore consente di tesarli in più fasi. Tuttavia, è possibile soltanto tendere maggiormente i trefoli, ma non allentarli. Infatti, le impronte lasciate sulla superficie dei trefoli dalla testa di an-coraggio ne diminuiscono la resistenza a fatica, per cui le incisioni precedenti all’ultima
non possono venire a trovarsi nella lunghezza libera del trefolo. Operando con un marti-netto sulla testa di ancoraggio regolabile, è possibile serrare o rilasciare lo strallo agendo su tutti i trefoli contemporaneamente ed è questo l’unico sistema che permette di allen-tarlo. Ogni strallo può essere rinnovato completamente sostituendo un trefolo alla volta, il che consente al ponte di essere aperto al traffico durante questa manutenzione.
Figura 3.12. Martinetto agente sulla testa regolabile.
3.4. Metodi di costruzione
Il processo di costruzione tipico dei ponti strallati consiste nel montare i conci di im-palcato a sbalzo dalla parte di imim-palcato già costruita e nello strallarne le estremità libere. In questa operazione si procede a partire da ciascuna torre fino a raggiungere da un lato la spalla e dall’altro la mezzeria del ponte. In questo modo nell’impalcato si instaura, per effetto dei pesi degli elementi strutturali introdotti durante la costruzione, uno sforzo nor-male di compressione crescente in intensità dalla spalla e dalla mezzeria verso la torre. Questo procedimento consente di montare il ponte senza interferire con ciò che si trova al di sotto di esso. Così è stato costruito il ponte Queensferry Crossing ad Edimburgo nel Regno Unito, ultimato nel 2017 ed avente una luce di 650 m.
Figura 3.13. Ponte Queensferry Crossing, Edimburgo, Regno Unito, 650 m di luce, 2017.
3.5. Il metodo degli schemi elastici parziali e l’analisi in
avan-zamento
Ogni fase costruttiva del ponte è caratterizzata dall’introduzione di nuovi elementi strutturali e dei loro pesi, dalla prima tesatura di nuovi stralli e dalla eventuale regolazione di quelli già installati. Tali carichi sono applicati sulla struttura parziale realizzata fino a quel momento e non sulla struttura finita del ponte. Anche i vincoli possono essere mo-dificati durante la costruzione. Lo stato di sollecitazione e di deformazione presente nel ponte durante ed alla fine del montaggio dipende quindi dalla sequenza costruttiva adot-tata ed è dato dalla somma di tre contributi. Esso può essere imposto scegliendo la se-quenza di tesatura degli stralli. Infatti, i pesi degli elementi strutturali sono noti e quindi lo sono anche le sollecitazioni e le deformazioni da essi provocate in ciascuna struttura parziale. Lo stesso vale per le variazioni imposte ai vincoli. Lo stato di sollecitazione e di deformazione voluto può essere stabilito assegnando i valori che le caratteristiche della sollecitazione e gli spostamenti devono assumere in determinati punti. Se questi valori sono relativi a grandezze opportune e se sono in numero pari alle pretensioni incognite da assegnare agli stralli, è possibile determinare queste pretensioni, che assicurano
l’ottenimento di tali valori, risolvendo un sistema di equazioni lineari. È infatti possibile determinare le sollecitazioni e le deformazioni provocate in ogni struttura parziale da una pretensione assegnata ad un generico strallo sotto forma di deformazione unitaria. Se il ponte può essere studiato con analisi lineari, ciò corrisponde a determinare la rigidezza della generica struttura parziale sotto l’azione di una pretensione assegnata ad uno strallo qualsiasi. Questo modo di procedere prende il nome di metodo degli schemi elastici par-ziali. Determinate le pretensioni, è possibile trovare lo stato di sforzo e di deformazione in ogni struttura parziale, cioè in ogni fase realizzativa del ponte, e si può verificare che esso rispetti i limiti di resistenza e di deformabilità. Questa si chiama analisi in avanza-mento. È una analisi non lineare perché il risultato cambia a seconda della struttura par-ziale su cui è applicato ogni carico. Aumentare il numero di valori imposti alle caratteri-stiche della sollecitazione, in particolare al momento flettente, ed agli spostamenti in de-terminati punti nelle varie strutture parziali permette di ottimizzare maggiormente il com-portamento del ponte in ogni momento della costruzione. Tuttavia, ciò conviene fino ad un certo punto in quanto implica aumentare il numero di regolazioni degli stralli. Ogni regolazione infatti ha un costo poiché bisogna spostare l’attrezzatura di tesatura. Comple-tata la struttura del ponte, sono applicati i carichi permanenti non strutturali. Inoltre, se l’impalcato o le torri sono costruiti con parti in calcestruzzo, a lungo termine la viscosità ed il ritiro modificano lo stato di sforzo e di deformazione presente nel ponte. Anche queste azioni permanenti e quindi i loro effetti sono noti, per cui la risposta della struttura a tutte le azioni permanenti può essere controllata e resa il più favorevole possibile.
È necessario che la configurazione geometrica del ponte rispetti il profilo stradale ri-chiesto dopo l’applicazione di tutte le azioni permanenti. Bisogna perciò imporre ai punti di attacco degli stralli all’impalcato degli spostamenti verticali nulli. Oppure si possono annullare gli spostamenti orizzontali dei punti di attacco degli stralli alle torri, così da renderle indeformate.
I nuovi elementi strutturali sono uniti alla parte di struttura già realizzata quando questa è già sollecitata e deformata. Essi non sono cioè inseriti nella loro posizione teorica. Cia-scun punto del ponte si sposta del suo spostamento effettivo in ogni struttura parziale in cui è stato inserito l’elemento strutturale al quale esso appartiene. In ogni struttura par-ziale in cui invece tale elemento non è stato ancora introdotto, lo spostamento di un punto è ricavato considerandolo connesso rigidamente alla parte di struttura già realizzata ed alla quale esso sarà unito in seguito. La somma di questi due gruppi di spostamenti a partire dalla prima struttura parziale fino a quella in esame fornisce lo spostamento
era quella di passare da un ponte di grande luce ad uno di luci medie su appoggi intermedi. È il caso dei primi ponti strallati in Germania, dei quali quello con la luce maggiore, pari a 350 m, è il ponte Neuenkamp a Duisburg, ultimato nel 1970.
Figura 3.14. Ponte Neuenkamp, Duisburg, Germania, 350 m di luce, 1970.
Il ponte Polcevera a Genova aveva invece una luce di 208 m e fu completato nel 1967. Esso aveva un solo strallo uscente da ciascuna torre e per ciascun lato e ciascuna campata. Questi stralli erano in cemento armato precompresso, al fine di garantire una maggiore resistenza a fatica dei tiranti in acciaio. Successivamente il numero di stralli è stato note-volmente incrementato e la distanza tra i loro punti di attacco all’impalcato ridotta. In questo modo si riduce la flessione nell’impalcato e si ottiene che la sollecitazione predo-minante presente in esso sia lo sforzo normale. Infatti, se l’impalcato fosse interrotto con cerniere nei punti di attacco degli stralli, esso risulterebbe inflesso solo tra uno strallo e
l’altro e quindi il comportamento complessivo del ponte sarebbe quello di una trave reti-colare caricata non sui nodi ma lungo le aste. Queste flessioni locali sono tanto minori quanto più gli stralli sono ravvicinati e si possono così realizzare impalcati più sottili.
Figura 3.15. Ponte Polcevera, Genova, 208 m di luce, 1967.
Figura 3.16. Ponte Barrios de Luna, Spagna, 440 m di luce, 1983.
Un secondo vantaggio del raffittimento degli stralli consiste nella riduzione del carico che grava sul singolo strallo, la cui sezione resistente può essere ridotta, comportando che
purché gli altri siano progettati per sopportare i conseguenti maggiori sforzi. La ridon-danza della strallatura conferisce quindi robustezza al ponte. Pertanto, si è passati da di-stanze tra gli attacchi degli stralli all’impalcato di qualche decina di metri nei primi ponti strallati a distanze odierne di 5 m o 10 m circa per gli impalcati in calcestruzzo e di 10 m o 20 m circa per quelli in acciaio. Due esempi al riguardo sono rispettivamente il ponte Barrios de Luna in Spagna, ultimato nel 1983 ed avente una luce di 440 m, ed il ponte Kohlbrand ad Amburgo in Germania, ultimato nel 1974 ed avente una luce di 325 m.
Figura 3.17. Ponte Kohlbrand, Amburgo, Germania, 325 m di luce, 1974.
3.6.2. Sospensione a ventaglio, ad arpa od intermedia
Nella disposizione a ventaglio degli stralli essi si dipartono da un unico punto posto alla sommità della torre, mentre nella disposizione ad arpa essi sono collegati ad essa lungo la sua altezza e sono paralleli fra loro. Due esempi al riguardo sono rispettivamente il ponte di Zarate in Argentina, ultimato nel 1977 ed avente una luce di 330 m, ed il ponte
di Rees in Germania, ultimato nel 1967 ed avente una luce di 255 m. La disposizione a ventaglio è più efficace perché determina minori sollecitazioni assiali nell’impalcato, a causa della maggiore inclinazione degli stralli rispetto all’impalcato.
Figura 3.18. Ponte di Zarate, Argentina, 330 m di luce, 1977.
Figura 3.19. Ponte di Rees, Germania, 255 m di luce, 1967.
Tuttavia, spesso si ricorre ad uno schema intermedio, non essendo possibile concen-trare gli attacchi degli stralli alla torre in un unico punto. È fatto così il ponte di Piacenza,
Figura 3.20. Ponte di Piacenza, 192 m di luce, 2006.
Se fossero introdotte delle cerniere nell’impalcato e nelle torri in corrispondenza dei punti di attacco degli stralli, il primo schema risulterebbe isostatico mentre il secondo labile. Dunque il secondo schema necessita della continuità dell’impalcato e delle torri per potere funzionare, quindi esso si discosta da un funzionamento che possa essere con-siderato seppure approssimativamente reticolare. Sia l’impalcato che le torri sono allora sottoposti a flessioni più grandi che nello schema a ventaglio e devono quindi avere delle sezioni trasversali maggiori, il che significa che con lo schema ad arpa si possono coprire luci minori. Se si ancorassero a terra gli stralli delle campate laterali anche lo schema ad arpa sarebbe isostatico. Questa soluzione è usata anche per conferire maggiore rigidezza nei riguardi dell’inflessione della campata centrale. Ciò è stato fatto nel ponte Rheinknie a Dusseldorf in Germania, ultimato nel 1969 ed avente una luce di 319 m.
3.6.3. Sospensione centrale o laterale
Gli stralli possono essere disposti su un unico piano verticale, contenente l’asse dell’impalcato, o su due piani, verticali od inclinati, passanti per i bordi dell’impalcato. La prima alternativa richiede la presenza di uno spartitraffico centrale sul ponte. Poiché gli stralli non contribuiscono a resistere alle sollecitazioni torcenti, le quali sono assorbite completamente dall’impalcato, che quindi risulta essere in genere un cassone, tale solu-zione non è valida per le luci maggiori. Viene adottata per il suo valore estetico, in quanto evita la sovrapposizione visiva degli stralli che si verifica nel caso del doppio piano.
Figura 3.23. Ponte tra Olginate (LC) e Calolziocorte (LC), 110 m di luce, 2009.
Disponendo gli stralli su due piani inclinati, essi sostengono l’impalcato per resistere all’azione trasversale del vento e lo irrigidiscono aumentandone la stabilità contro lo sbandamento trasversale per carico di punta dovuto alla compressione in esso presente.
Il piano centrale di stralli è stato usato nel ponte di Millau in Francia, ultimato nel 2004 ed avente una luce di 342 m. I due piani verticali di stralli sono stati usati nel ponte tra Olginate (LC) e Calolziocorte (LC), ultimato nel 2009 ed avente una luce di 110 m. I due piani inclinati di stralli sono stati usati nel ponte di Nizza Monferrato (AT), ultimato nel 2012 ed avente una luce di 100 m.
3.6.4. Forma delle torri
Dalla disposizione degli stralli dipende la forma delle torri, che solitamente è a A, a I od a H. Tre esempi al riguardo sono rispettivamente il ponte Sutong in Cina, ultimato nel 2008 ed avente una luce di 1088 m, il ponte tra Montodine (CR) e Castiglione d’Adda (LO), ultimato nel 2009 ed avente una luce di 252 m, ed il ponte di Vancouver in Canada, ultimato nel 1986 ed avente una luce di 465 m.
Figura 3.26. Ponte tra Montodine (CR) e Castiglione d’Adda (LO), 252 m di luce, 2009.
3.7. Confronto tra il ponte strallato ed il ponte sospeso
Il ponte strallato è molto competitivo rispetto alle altre tipologie di ponte nell’inter-vallo di luci che va dai 100 m ai 1000 m circa. Per le luci che si avvicinano ai 100 m, il ponte strallato permette di avere impalcati più sottili rispetto ad un analogo ponte ad esempio a travata. Per le luci che tendono ai 1000 m, il ponte strallato risulta più rigido flessionalmente in direzione longitudinale di un analogo ponte sospeso. Il secondo, infatti, raggiunge l’equilibrio grazie al cambiamento della configurazione dei cavi principali, per cui non può essere applicata la teoria lineare ma bisogna tenere conto delle deformazioni. La sua rigidezza è dovuta principalmente alla rigidezza flessionale della travata sostenuta dai pendini, che quindi deve essere realizzata di una certa altezza. Nel ponte strallato, invece, l’equilibrio può essere imposto nella configurazione iniziale e dunque esso può essere studiato con la teoria lineare, salvo considerare la curvatura degli stralli. La rigi-dezza è garantita in massima parte dalla rigirigi-dezza estensionale degli stralli e in minima parte da quella flessionale della travata, che dunque risulta essere piuttosto sottile. La differenza di comportamento tra le due tipologie aumenta al crescere dei carichi variabili rispetto a quelli permanenti, come accade nei ponti ferroviari. Per questo motivo, i ponti sospesi sono talvolta irrigiditi con l’introduzione di stralli che sostengono l’impalcato in prossimità delle torri, mentre la parte al centro della campata centrale è sospesa solo ai cavi principali. Sono fatti così il ponte di Brooklyn a New York negli Stati Uniti, ultimato nel 1883 ed avente una luce di 486 m, ed il terzo ponte sul Bosforo a Istanbul in Turchia, ultimato nel 2016 ed avente una luce di 1408 m. Il secondo è un ponte sia stradale che ferroviario.
Figura 3.29. Terzo ponte sul Bosforo, Istanbul, Turchia, 1408 m di luce, 2016.
Una seconda possibilità è irrigidire i cavi principali dei ponti sospesi mediante degli stralli che li colleghino alle torri in corrispondenza dell’impalcato. Poiché gli stralli più lunghi dei ponti strallati di grande luce hanno bassa rigidezza, anche essi possono essere irrigiditi con dei controstralli che li uniscano all’impalcato. Ciò è stato fatto nel ponte di Normandia in Francia, ultimato nel 1995 ed avente una luce di 856 m.
Figura 3.30. Ponte di Normandia, Francia, 856 m di luce, 1995.
Un ponte strallato in genere è autoancorato, ossia le componenti orizzontali dei tiri degli stralli di ormeggio si equilibrano tramite l’impalcato. Le componenti verticali,
invece, sono sempre trasferite alle spalle del ponte mediante bielle che realizzano un vin-colo a cerniera per mezzo di perni. Per fare sì che tali bielle risultino sempre tese, bisogna che il rapporto tra le lunghezze della campata centrale e delle campate laterali sia suffi-cientemente grande, in modo che la trazione indotta nelle bielle dai carichi permanenti non sia superata dalla compressione indottavi dagli altri carichi. Tale rapporto può essere più piccolo per impalcati in calcestruzzo piuttosto che in acciaio a causa del maggiore valore assunto dal rapporto tra i carichi permanenti e gli altri carichi. Un ponte sospeso, invece, è generalmente ancorato a terra per mezzo di contrappesi. Ciò permette di realiz-zare i cavi principali prima dell’impalcato, semplificando la costruzione. Può anche es-sere autoancorato, ma in tale caso bisogna costruire l’impalcato prima dei cavi principali. In più, l’impalcato risulterebbe compresso perché le componenti orizzontali dei tiri dei cavi principali si farebbero equilibrio in esso, cosa che non avviene se si ancorano i cavi principali ai contrappesi. Ancorare a terra un ponte strallato è invece utile solo se sono assenti le campate laterali. Un caso in cui si adotta tale soluzione è quello in cui l’impal-cato può scorrere longitudinalmente sugli appoggi in corrispondenza delle torri. Per ga-rantire la stabilità longitudinale dell’impalcato bisogna che una coppia di stralli confluisca nella mezzeria del ponte. L’impalcato risulta teso per effetto degli stralli e deve essere montato prima di essi per mezzo di pile provvisorie. Un esempio al riguardo è il ponte all’Indiano a Firenze, ultimato nel 1978 ed avente una luce di 189 m.
secondo non potrà mai raggiungere le luci coperte dal primo in quanto, al crescere della luce, diventa dimensionante l’azione trasversale del vento, a cui il ponte sospeso resiste in buona parte grazie alla collaborazione dei cavi principali, mentre nel ponte strallato il contributo degli stralli, seppure disposti su due piani inclinati, è minore.
4. Stato dell’arte dei ponti strallati in Italia
Sono stati esaminati cinque ponti strallati ultimati in Italia tra il 2010 ed il 2017 ed aventi caratteristiche simili al ponte oggetto di studio.
4.1. Ponte sul fiume Bacchiglione
Il ponte sul fiume Bacchiglione si trova sull’autostrada A31 Valdastico Sud, nel tratto tra Vicenza e Rovigo. L’opera è situata tra i comuni di Montegalda (VI) e Longare (VI) ed è stata ultimata nel 2010. Il tracciato stradale è rettilineo planimetricamente ed altime-tricamente, con livelletta orizzontale. Il ponte ha tre campate, una centrale di 140 m di luce e due laterali di 64,75 m di luce. Sono presenti due piani verticali di stralli. Da cia-scuna delle due torri si dipartono 16 stralli, 4 per la campata centrale e 4 per quella laterale per ciascun lato. La distanza fra gli attacchi degli stralli all’impalcato è 15,556 m. L’im-palcato a schiena d’asino, largo 35,5 m, è realizzato in sistema misto acciaio-calcestruzzo. Esso è costituito da due travi longitudinali a doppia T alte 2,7 m e distanti fra loro 34,1 m, poste in asse rispetto ai due piani di stralli e collegate da traversi a parete piena ogni 7,778 m. Questi hanno altezza variabile da 2,7 m a 3,1 m e sorreggono 6 travi di spina alte 0,6 m, su cui sono posizionale le lastre predalle sulle quali è gettata la soletta, alta complessivamente 32 cm. L’impalcato è appoggiato in corrispondenza delle torri in cal-cestruzzo aventi forma a H. Gli stralli si innestano in esse mediante camere di ancoraggio in acciaio. Gli attacchi delle teste regolabili degli stralli alle due travi longitudinali sono situati al di sopra della soletta. Tutti i giunti realizzati in opera sono bullonati.
Figura 4.2. Travi e soletta di impalcato.
La costruzione delle campate laterali è avvenuta mediante il posizionamento dei conci di trave su pile provvisorie. Per la campata centrale si è ricorsi al montaggio a sbalzo dei conci con autogru posta a terra ed alla progressiva posa degli stralli con pretensione ini-ziale. Completato l’impalcato, si è passati alla tesatura definitiva degli stralli, a cui è se-guito il getto della soletta. Non sono state adottate contromonte di officina, poiché la seconda tesatura degli stralli ha permesso di annullare le frecce dovute ai carichi perma-nenti.
4.2. Ponte sul fiume Adige
Il ponte sul fiume Adige si trova sull’autostrada A31 Valdastico Sud, nel tratto tra Vicenza e Rovigo. L’opera è situata tra i comuni di Piacenza d’Adige (PD) e Badia Pole-sine (RO) ed è stata ultimata nel 2010. Il tracciato stradale è rettilineo planimetricamente. Il ponte ha tre campate, una centrale di 310 m di luce e due laterali di 140 m di luce. Si tratta del più grande ponte in Italia. L’impalcato a schiena d’asino, largo 29,7 m, è realiz-zato in sistema misto acciaio-calcestruzzo. Esso è costituito da tre travi longitudinali a doppia T. La trave centrale è alta 3,2 m, quelle laterali sono alte 3 m. Esse sono unite da traversi reticolari, che sostengono 4 travi di spina, su cui insiste la soletta alta complessi-vamente 26 cm. Poiché è presente un unico piano di stralli posto in asse all’impalcato, per resistere alle sollecitazioni torcenti quest’ultimo è controventato inferiormente, tranne che in due tratti lunghi 78 m a cavallo delle torri, dove, essendo massima la torsione, la tralicciatura diviene a parete piena. L’impalcato è appoggiato in corrispondenza delle due torri. Queste hanno forma a A e sono costituite ciascuna da due tubolari circolari di ac-ciaio di 4 m di diametro. Dalla sommità di ciascuna di esse si irradiano 4 tiranti per la campata centrale e 4 per quella laterale. La distanza fra gli attacchi dei tiranti all’impal-cato varia tra 34 m e 38 m. Ciascun tirante è formato da due stralli. A metà di ciascuna campata laterale si trova una biella aggiuntiva che conferisce maggiore rigidezza alla struttura. L’impalcato è stato prodotto in conci di trave lunghi fino a 15 m. I tubolari costituenti le torri sono stati fabbricati in tronchi lunghi 28 m. I giunti realizzati in opera relativi all’impalcato sono bullonati o saldati. I giunti fra i tronchi dei tubolari delle torri sono saldati in opera. La parte metallica dell’impalcato è stata varata a spinta su pile provvisorie agendo da entrambi i lati. Una volta uniti i due tronchi, gli stralli sono stati tesati in una unica operazione. Sono seguiti la posa delle lastre predalle ed il getto della soletta.
Figura 4.4. Ponte sul fiume Adige, 310 m di luce, 2010.
Figura 4.5. Montaggio della struttura metallica dell’impalcato su pile provvisorie.
4.3. Ponte di Favazzina
Il ponte di Favazzina si trova sull’autostrada del Mediterraneo A2, in passato auto-strada A3 Salerno-Reggio Calabria, nel tratto tra Vibo Valentia e Reggio Calabria. L’opera è situata nel comune di Scilla (RC) in località Favazzina ed è stata ultimata nel 2013. Si tratta di due viadotti identici, uno per ciascuna carreggiata. Planimetricamente, il tracciato stradale è un arco di cerchio di raggio 1775 m, mentre altimetricamente è rettilineo, con livelletta inclinata. Il ponte ha tre campate, una centrale di 220 m di luce e due laterali di 110 m di luce. Sono presenti due piani verticali di stralli. Da ciascuna delle due torri se ne irradiano 32, 8 per la campata centrale e 8 per quella laterale per ciascun lato. Le teste regolabili si trovano sull’impalcato. La distanza tra gli attacchi degli stralli all’impalcato varia fra 12,5 m e 15 m. L’impalcato, largo 13,7 m, è realizzato in sistema misto acciaio-calcestruzzo. Esso è costituito da due travi longitudinali a doppia T alte 3 m e distanti fra loro 10,5 m, unite da traversi a parete piena distanti fra loro 6,25 m al massimo. Questi sostengono 2 travi di spina alte 0,45 m, che sorreggono una soletta alta 25 cm e gettata su lastre tralicciate di acciaio. L’impalcato è appoggiato in corrispondenza delle torri in acciaio aventi forma a H ed alte 45,5 m sopra l’impalcato. Ciascuna di esse è formata da due tubolari con sezione ovoidale, cioè avente asse longitudinale, rispetto all’asse del ponte, lungo 3,5 m ed asse trasversale lungo 2,7 m. Il passo degli attacchi degli stralli alle torri è 3 m. L’impalcato è vincolato trasversalmente in corrispondenza delle torri e delle spalle, mentre longitudinalmente il ritegno sismico si trova su una sola spalla. Il ponte attraversa una valle molto profonda e si accede ad esso tramite gallerie da entrambi i versanti.
Figura 4.8. Chiusura in mezzeria della struttura metallica dell’impalcato sostenuta da torri e da stralli provvisori.
La struttura metallica dell’impalcato, suddivisa in due metà, una per ciascun lato della valle, è stata costruita all’interno delle gallerie ed è stata spinta all’esterno fino a raggiun-gere una pila provvisoria. Dopodiché, per ciascuna metà è stata assemblata sulle travi principali una torre provvisoria dotata di 2 stralli provvisori sia anteriormente che poste-riormente per ciascun lato. Ciò ha permesso di proseguire la spinta raggiungendo la pila della torre definitiva ed in seguito la mezzeria del ponte. Sulla campata laterale è stata poi gettata una striscia centrale di soletta larga 4 m. Ciò ha consentito ad una gru di raggiun-gere la pila della torre definitiva e di procedere alla costruzione di quest’ultima. Rego-lando il tiro degli stralli provvisori si sono invece allineati ed uniti i due tronchi di impal-cato provenienti dai due lati della valle. Infine, la tesatura in più fasi degli stralli definitivi ha permesso di scaricare gli stralli provvisori. L’ultima operazione è stata il completa-mento del getto della soletta.
4.4. Ponte di Bari
Il ponte di Bari è stato ultimato nel 2016. Planimetricamente il tracciato stradale è rettilineo. Il ponte ha due campate, entrambe di 112,5 m di luce. L’impalcato è appoggiato sull’unica torre presente, la quale è inclinata rispetto all’asse del ponte per non interferire con i sottostanti binari ferroviari. Sono presenti due piani inclinati di stralli. Dalla torre se ne dipartono 30, 7 per i due bordi del ponte aventi luce minore e 8 per quelli aventi luce maggiore. La distanza tra gli attacchi degli stralli all’impalcato è 15 m. L’impalcato a schiena d’asino, largo 25,5 m, è realizzato in sistema misto acciaio-calcestruzzo. Esso è costituito da due travi longitudinali a doppia T alte 2,5 m e distanti fra loro 21 m, unite ogni 7,5 m da traversi a parete piena alti 2 m. Questi sostengono 3 travi di spina alte 0,6 m, che sorreggono le lastre predalle su cui è gettata la soletta alta complessivamente 30 cm. Gli stralli sono ancorati all’impalcato tramite traversi a parete piena che attraversano le travi principali e che sono inclinati secondo la direzione dei singoli stralli. I giunti realizzati in opera relativi all’impalcato sono bullonati o saldati. La torre in acciaio ha forma a A ed è formata da due tubolari circolari di 3 m di diametro. Questi sono stati fabbricati in conci lunghi 6 m, uniti in opera mediante saldatura. Il passo degli attacchi degli stralli alla torre è 3 m. La struttura metallica dell’impalcato è stata varata a spinta su pile provvisorie per la parte posta a Sud rispetto alla torre, mentre la parte posta a Nord è stata assemblata a terra e successivamente sollevata mediante una autogru. In seguito sono stati installati gli stralli.
Figura 4.10. Ponte di Bari, 112,5 m di luce, 2016.
Figura 4.12. Varo a spinta su pile provvisorie della struttura metallica dell’impalcato dal lato Sud.
4.5. Ponte in Val di Pai
Figura 4.14. Travi e soletta di impalcato.
Il ponte in Val di Pai, tra i comuni di Pedesina (SO) e Gerola Alta (SO), è stato ultimato nel 2017. Planimetricamente il tracciato stradale è rettilineo. Il ponte ha una campata di 118 m di luce. L’unica torre presente ha forma a A, è in calcestruzzo ed è alta 46 m sopra l’impalcato. Questo è a schiena d’asino ed è largo 11,5 m. È realizzato in sistema misto acciaio-calcestruzzo ed è costituito da due travi longitudinali a doppia T alte 1,5 m e distanti fra loro 8,5 m, unite da traversi a parete piena ogni 3 m. Questi sorreggono 2 travi di spina che sostengono le lastre predalle su cui è gettata la soletta alta complessivamente 24 cm. Sono presenti due piani inclinati di 6 stralli ciascuno. Il passo degli attacchi degli stralli all’implacato è 12 m. Le travi principali sono state fabbricate in conci lunghi fino a 12 m. I giunti eseguiti in opera sono bullonati. La costruzione è iniziata dal versante della valle su cui si trova la torre. I primi conci di trave sono stati montati a sbalzo dalla spalla per mezzo di una autogru posizionata su di essa, incastrandoli alla spalla stessa. È stata poi installata una coppia di stralli provvisori, quindi è stata gettata la soletta per la lunghezza costruita del ponte e su tutta la sua larghezza. Posizionata l’autogru sulla soletta indurita, si sono montati a sbalzo i conci successivi e, tesata una seconda coppia di stralli
provvisori, è stata gettata la soletta sulla nuova lunghezza costruita. Facendo avanzare l’autogru sul nuovo tratto di soletta indurita, sono stati montati ulteriori conci di trave, che sono stati strallati con la prima coppia di stralli definitivi, imprimendo loro tutta la pretensione necessaria al loro funzionamento finale. Gettato il nuovo tratto di soletta, l’autogru è potuta avanzare per montare i seguenti conci e stralli definitivi, in modo da raggiungere il versante opposto della valle. L’ultimo tratto di ponte è stato costruito ope-rando con l’autogru posta sulla seconda spalla, unendolo alla parte costruita a partire dalla torre. Infine, sono stati rimossi gli stralli provvisori.
5.1. L’impalcato
L’impalcato a schiena d’asino ha una pendenza trasversale del 2,5% ed una larghezza di 19 m ed è realizzato in sistema misto acciaio-calcestruzzo. Esso è costituito da due travi longitudinali a doppia T alte 2,5 m e distanti fra loro 15 m, pari alla distanza fra i due piani verticali di stralli presenti. La sezione delle travi varia lungo il ponte al variare degli sforzi. Si distinguono quattro tipi di sezione al variare delle dimensioni delle flange superiori ed inferiori, che sono:
bs (mm) ts (mm) bi (mm) ti (mm)
T1 1000 45 1500 80 T2 900 40 1300 65 T3 800 35 1100 55 T4 700 30 1000 45
Le anime sono spesse 20 mm. Le travi sono fabbricate in conci lunghi 15 m. Il concio a cavallo delle torri ha sezione T1. I tre conci successivi dalla parte sia delle bielle che della mezzeria del ponte hanno sezioni progressivamente T2, T3 e T4 allontanandosi dalle torri. Prima del concio di mezzeria, avente sezione T3, si trova un ulteriore concio di sezione T4. Sul lato interno delle anime si trovano due irrigidimenti longitudinali a T di dimensioni:
h (mm) b (mm) tf (mm) ta (mm)
240 250 12 8
Le travi principali sono unite ogni 5 m da traversi a doppia T alti 1,5 m in corrispon-denza delle travi stesse e 1,684 m al centro della carreggiata. Le dimensioni delle loro flange superiore ed inferiore sono:
bs (mm) ts (mm) bi (mm) ti (mm)
300 20 400 20
Le anime sono spesse 14 mm. I traversi sono fabbricati in conci lunghi 13,5 m. Su ogni lato delle anime si trova un irrigidimento longitudinale a I largo 93 mm e spesso 10 mm. In corrispondenza di ogni traverso l’anima delle travi principali è irrigidita mediante un irrigidimento trasversale a T posto sul lato interno. La sua flangia è larga 400 mm e spessa 20 mm. Lo spessore dell’anima è 14 mm, mentre la sua altezza assume i valori:
h (mm) T1 490 T2 440 T3 390 T4 340
Tra due traversi consecutivi l’anima delle travi principali è suddivisa in tre campi uguali da due ulteriori irrigidimenti trasversali a I posti sul lato interno, larghi 240 mm e spessi 24 mm. I traversi sostengono 3 travi rompitratta a doppia T alte 0,6 m, di cui una è posta al centro della strada, mentre le altre due distano 3,4 m dalla prima e 4,1 m dalle travi principali. Le loro flange sono larghe 300 mm. La sezione dei rompitratta varia lungo il ponte al variare degli sforzi. Si distinguono due tipi di sezione al variare degli spessori delle flange e dell’anima, pari a:
tf (mm) ta (mm)
T6 20 16 T7 15 12
I due rompitratta adiacenti ad ogni torre hanno sezione T6, mentre gli altri hanno se-zione T7. In corrispondenza di ogni rompitratta l’anima dei traversi è irrigidita su ciascun lato da un irrigidimento trasversale a I largo 93 mm e spesso 16 mm o 12 mm a seconda della sezione rispettivamente T6 o T7 che vi converge. I traversi sono prolungati per 2 m all’esterno delle travi principali da delle travi a mensola a doppia T alte 0,3 m in corri-spondenza delle travi principali e 0,25 m alle estremità della sezione stradale. Le loro flange sono larghe 200 mm e spesse 12 mm. Le anime sono spesse 8 mm. A distanza di 1,875 m dalle travi principali, le mensole sostengono delle travi di bordo a doppia T alte 0,253 m. Le loro flange sono larghe 250 mm e spesse 12 mm, mentre le anime sono spesse 8 mm. In asse alle torri ed alle bielle i traversi sono sostituiti da diaframmi a doppia T alti
saldata e sono incastrate fra loro mediante unioni bullonate realizzate in opera.
La soletta, alta 28 cm, è costituita da lastre predalle alte 6 cm e da un getto di comple-tamento spesso 22 cm. Le predalle sono ordite sulle travi principali, rompitratta e di bordo, cioè trasversalmente rispetto all’asse del ponte. Ciascuna lastra è semplicemente appoggiata sulle due travi che la sorreggono. La larghezza di base di ogni lastra è 120 cm. Essa è armata con una rete elettrosaldata costituita da barre Φ5 disposte ogni 200 mm nelle due direzioni. La lastra contiene tre tralicci elettrosaldati distanti fra loro 40 cm ed alti 185 mm. Il corrente inferiore dei tralicci è formato da due barre Φ12, il corrente su-periore da due barre Φ14 ed i diagonali da due barre Φ10. Il passo dei diagonali è pari a 200 mm. L’armatura del getto di completamento della soletta varia sulla superficie del ponte in funzione degli sforzi. L’armatura inferiore è costituita da barre longitudinali Φ22 e da barre trasversali Φ20 sovrastanti quelle longitudinali. L’aderenza delle barre longi-tudinali è garantita distanziandole 22 mm dalle lastre predalle. L’armatura superiore è costituita da barre longitudinali Φ24, Φ20 e Φ22 rispettivamente a cavallo delle torri, nella mezzeria del ponte e nelle zone rimanenti e da barre trasversali Φ20 sottostanti quelle longitudinali. Il passo delle barre è 100 mm. La soletta è unita alle travi mediante connettori a taglio, costituiti da pioli di tipo Nelson alti 250 mm.
L’impalcato risulta alto 3,008 m. Il suo intradosso è posto alla quota di 72 m s.l.m. ed il suo spessore può essere considerato pari a 3 m. Il rapporto fra lo spessore dell’impalcato e la luce della campata centrale è dunque 1/50.
5.2. Le torri
Le due torri in acciaio presenti hanno forma a H e sono alte 40,5 m. La loro base è alla stessa quota dell’intradosso dell’impalcato. Il più alto punto di attacco degli stralli alle torri si trova 35 m al di sopra dell’impalcato. Quindi il rapporto teorico fra l’altezza delle torri e la luce della campata centrale è circa 0,23. Ciascuna delle due gambe di ogni torre
ha una sezione circolare cava di 2 m di diametro. 27 m al di sopra della loro base, le gambe sono collegate da un traverso avente sezione circolare cava di 1,5 m di diametro. Al di sopra di tale traverso le gambe proseguono verticali per 13,5 m ed accolgono gli attacchi degli stralli. Esse distano fra loro 15 m, pari alla distanza fra i due piani di stralli. Al di sotto del traverso le gambe si allargano fino ad una distanza reciproca di 24 m per lasciare posto all’impalcato. Ogni gamba è costituita da quattro conci uniti in opera me-diante saldatura. In corrispondenza del traverso si trova il concio di nodo. I due conci al di sotto di esso sono lunghi 13 m, mentre il concio al di sopra è lungo 12 m. Lo spessore della parete della sezione circolare cava è 35 mm per il concio di base e 30 mm per gli altri conci. Il concio di base e quello sovrastante sono irrigiditi ogni 2,5 m da anelli interni di larghezza e spessore rispettivamente pari a 165 mm e 30 mm per il primo concio ed a 170 mm e 20 mm per il secondo. Il concio di sommità è irrigidito all’altezza degli attacchi degli stralli per formare al suo interno una camera di ancoraggio. Al concio di nodo è unito in opera mediante saldatura il concio del traverso, lungo 12,5 m. Lo spessore della parete della sua sezione circolare cava è 20 mm. Il traverso è irrigidito ogni 2 m da anelli interni larghi 130 mm e spessi 12 mm.
Le torri sono incastrate alla fondazione mediante una piastra di base spessa 125 mm ed avente la forma di una corona circolare. Il suo diametro esterno è 2550 mm ed il dia-metro interno è 1380 mm. La piastra di base è trattenuta da 48 barre tonde di 52 mm di diametro collegate ad una piastra di ancoraggio avente la forma di una corona circolare ed annegata nella fondazione. Il suo diametro esterno è 2400 mm, il diametro interno è 1530 mm e lo spessore è 40 mm.
5.3. Gli stralli
Da ognuna gamba delle torri si irradiano 4 stralli per la campata centrale e 4 per quella laterale. Il passo dei loro attacchi alle torri è 2 m. Sull’impalcato invece la distanza fra gli attacchi degli stralli più prossimi alle torri e le torri stesse è 20 m. Gli attacchi degli stralli che si incontrano successivamente allontanandosi dalle torri distano dai precedenti 15 m. Fa eccezione lo strallo il cui attacco è in asse alla biella. Esso infatti dista 2 m dal prece-dente. La distanza fra gli attacchi degli stralli che convergono verso la mezzeria del ponte e che si dipartono dalle due torri opposte risulta così pari a 20 m. Ogni trefolo ha un diametro di 15,7 mm ed una area di 150 mm2. Poiché la luce del ponte e le lunghezze
3 37 4 37 5 40 6 40 7 43 8 49
Gli attacchi degli stralli sono uniti all’impalcato ed alle torri mediante saldatura. Tutti gli attacchi sono uguali tra loro. Ciascuno di essi è costituito da due piatti, ognuno dei quali è largo 500 mm e spesso 30 mm. Le teste regolabili degli stralli si trovano sull’im-palcato, mentre quelle fisse sono sulle torri. Inoltre, gli attacchi degli stralli all’impalcato sono posti all’estradosso delle flange superiori delle travi principali. Ciò facilita le opera-zioni di tesatura.
5.4. I vincoli esterni dell’impalcato
L’impalcato è appoggiato in corrispondenza delle torri. Qui l’anima delle travi princi-pali è rinforzata su ogni lato mediante due irrigidimenti trasversali a I alti 240 mm e spessi 30 mm. Sotto ogni trave principale si trova un dispositivo di appoggio multidirezionale in grado di contrastare il sollevamento dell’impalcato. L’appoggio è dotato di un dispo-sitivo di vincolo dinamico disposto in direzione longitudinale.
Le bielle sono disposte in asse alle travi principali e sono collegate ad esse al loro intradosso mediante attacchi saldati. 5 m più in basso si trova l’ancoraggio alla fonda-zione. Ogni biella ha una sezione trasversale rettangolare cava composta saldata. Essa è alta 1000 mm e larga 410 mm. I due piatti più larghi sono spessi 40 mm ed assolvono alla funzione resistente, mentre gli altri due piatti irrigidenti sono spessi 10 mm. Il diametro dei perni è 400 mm. L’attacco inferiore delle bielle è unito ad una piastra di base spessa 60 mm. Essa è trattenuta da 24 barre tonde di 39 mm di diametro collegate ad altrettante rosette circolari spesse 30 mm ed annegate nella fondazione. Il loro diametro è 160 mm.
All’intradosso di ogni diaframma si trova una guida che impedisce gli spostamenti trasversali.
5.5. La sottostruttura
Le torri e l’impalcato poggiano su un cordolo alto 4,5 m, spesso 3 m e lungo 39 m. Esso assorbe anche la forza trasmessa dal diaframma. L’altezza lasciata libera per i bag-gioli ed i dispositivi di vincolo è 0,5 m. Il cordolo è solidale alla platea di fondazione, che è alta 3,5 m e che si sviluppa per 16,5 m in direzione longitudinale e per 39 m in quella trasversale. Essa è sorretta da 9 pali trivellati in direzione trasversale per 4 file in direzione longitudinale. Ogni palo ha un diametro di 1,5 m ed è lungo 36 m. L’interasse dei pali è 3 volte il loro diametro, cioè 4,5 m.
Le spalle sono costituite da un muro frontale alto 7,6 m, spesso 1,5 m e lungo 20,5 m. Ad esso sono collegati due muri di risvolto alti 7,6 m, spessi 0,75 m e lunghi 2,5 m. Questi tre muri contengono il rilevato stradale e poggiano su una platea di fondazione alta 2 m e che si sviluppa per 8 m in direzione longitudinale e per 26 m in quella trasversale. Essa è sorretta da 9 pali trivellati in direzione trasversale per 3 file in direzione longitudinale. Ciascun palo ha un diametro di 1 m ed è lungo 24 m. L’interasse dei pali è 3 m. Al di sotto del diaframma si trova un muro trasversale alto 4,5 m, spesso 1 m e lungo 12 m. Esso trasferisce alla platea la forza trasmessa dal diaframma. L’altezza lasciata libera per il baggiolo e la guida è 0,5 m. Tale muro è collegato alla sua sommità al muro frontale da un setto orizzontale spesso 0,25 m, largo 1 m e lungo 12 m. Alla platea si ancorano le bielle. Ognuna è circondata da delle pareti spesse 0,25 m ed alte 4,5 m che la proteggono dall’acqua dell’Arno in caso di piena. È inoltre possibile l’accesso alle camere contenenti le bielle a fini manutentivi. Esse hanno una superficie quadrata di 3 m di lato con le bielle poste al centro. Dal muro frontale sporge per 0,8 m una mensola lunga 19 m che sostiene il giunto di dilatazione stradale.
5.6. Il procedimento costruttivo
La costruzione del ponte avviene per sbalzi successivi strallati a partire dalle torri. Una volta uniti i conci delle travi principali alla parte di impalcato già realizzata, si montano su tali conci i nuovi traversi, i rompitratta, le mensole e le travi di bordo. Dopodiché si posano le lastre predalle e le armature del getto di completamento della soletta. Si getta infine una striscia centrale di soletta larga 9 m e si tesano parzialmente i nuovi stralli a
trefoli. Dopo avere montato tutti i conci, tutti gli stralli sono tesati una seconda volta. Infine, si gettano le due strisce laterali di soletta larghe 5 m e, una volta indurite, si posano la pavimentazione e gli arredi stradali e si prepara il ponte per il collaudo statico.
La costruzione inizia montando i conci di sezione T1 a cavallo delle torri precedente-mente innalzate. Queste operazioni costituiscono la fase costruttiva 1. Dopo che il getto della striscia centrale di soletta è indurito, su di esso si monta una gru a capra. La gru si muove sulla striscia di soletta indurita ed è posizionata sull’ultimo tratto di impalcato realizzato. Essa serve a montare a sbalzo i nuovi conci che si trovano rispetto alle torri dal lato dell’alveo del fiume. I conci che invece si trovano dal lato del rilevato stradale sono montati a sbalzo con una gru agente da terra. I conci da montare dal lato dell’alveo sono posizionati sulla striscia di soletta indurita dal lato del rilevato mediante la gru agente da terra e sono poi trasportati al lato opposto verso la gru a capra. Ciò consente di montare i conci di sezione T2, concludendo la fase 2. La successiva tesatura degli stralli 1 e 2 costituisce la fase 3. Analogamente si opera in seguito. Il montaggio dei conci di sezione T3 costituisce la fase 4. La fase 5 consiste nella tesatura degli stralli 3 e 4. La fase 6 consiste nel montaggio dei conci di sezione T4. La tesatura degli stralli 5 e 6 costituisce la fase 7. Finora la costruzione è avvenuta simmetricamente rispetto ad ogni torre. Nella fase 8 si montano le bielle e poi i nuovi conci di sezione T4 dal lato dell’alveo. A partire da questa fase gli appoggi delle travi principali in asse alle torri sono bloccati rispetto alla traslazione longitudinale. Nella fase 9 si tesano gli stralli 7 e 8. Nella fase 10 si montano i conci di mezzeria di sezione T3. Nella fase 11 si rilasciano i vincoli alla traslazione longitudinale degli appoggi in corrispondenza delle torri. Nella fase 12 si tesano di nuovo tutti gli stralli. Nella fase 13 si gettano le due strisce di soletta larghe 5 m. Nella fase 14 si posano infine la pavimentazione e gli arredi stradali.
6. Riferimenti normativi
Ai fini della progettazione stradale e strutturale dell’intervento in esame si è fatto rife-rimento alle norme tecniche:
- D.M. 05/11/2001, “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”;
- D.M. 19/04/2006, “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle in-tersezioni stradali”;
- D.M. 17/01/2018, “Norme tecniche per le costruzioni”;
- Circolare 21/01/2019, n. 7, “Istruzioni per l’applicazione delle norme tecniche per le costruzioni”;
- Eurocodice 0, “Criteri generali di progettazione strutturale”;
- Eurocodice 1, parte 1-1, “Azioni sulle strutture; azioni in generale - pesi per unità di volume, pesi propri e sovraccarichi per gli edifici”;
- Eurocodice 1, parte 1-3, “Azioni sulle strutture; azioni in generale - carichi da neve”;
- Eurocodice 1, parte 1-4, “Azioni sulle strutture; azioni in generale - azioni del vento”;
- Eurocodice 1, parte 1-5, “Azioni sulle strutture; azioni in generale - azioni termi-che”;
- Eurocodice 1, parte 1-6, “Azioni sulle strutture; azioni in generale - azioni durante la costruzione”;
- Eurocodice 1, parte 2, “Azioni sulle strutture; carichi da traffico sui ponti”; - Eurocodice 2, parte 1-1, “Progettazione delle strutture di calcestruzzo; regole
ge-nerali e regole per gli edifici”;
- Eurocodice 2, parte 2, “Progettazione delle strutture di calcestruzzo; ponti di cal-cestruzzo - progettazione e dettagli costruttivi”;
- Eurocodice 3, parte 1-1, “Progettazione delle strutture di acciaio; regole generali e regole per gli edifici”;
- Eurocodice 3, parte 1-5, “Progettazione delle strutture di acciaio; elementi strut-turali a lastra”;
- Eurocodice 3, parte 1-6, “Progettazione delle strutture di acciaio; resistenza e sta-bilità delle strutture a guscio”;
- Eurocodice 4, parte 2, “Progettazione delle strutture composte acciaio-calce-struzzo; regole generali e regole per i ponti”;
- Eurocodice 7, parte 1, “Progettazione geotecnica; regole generali”;
- Eurocodice 8, parte 1, “Progettazione delle strutture per la resistenza sismica; re-gole generali, azioni sismiche e rere-gole per gli edifici”;
- Eurocodice 8, parte 2, “Progettazione delle strutture per la resistenza sismica; ponti”;
- Eurocodice 8, parte 5, “Progettazione delle strutture per la resistenza sismica; fon-dazioni, strutture di contenimento ed aspetti geotecnici”;
- Associazione geotecnica italiana, “Raccomandazioni sui pali di fondazione”, 1997.
7. Caratteristiche dei materiali
Le proprietà fisiche assunte per l’acciaio sono:- modulo elastico (carpenteria ed armature): E = 210000 N/mm2;
- modulo di elasticità trasversale (carpenteria): G = 80769 N/mm2;
- coefficiente di Poisson (carpenteria): ν = 0,3; - modulo elastico (trefoli): E = 195000 N/mm2;
- coefficiente di espansione termica lineare: α = 1,2∙10-5 1/°C;
- densità: ρ = 7850 kg/m3.
Le caratteristiche meccaniche dell’acciaio di qualità S355 utilizzato per la carpenteria metallica (ad eccezione dei perni delle bielle) sono:
- tensione caratteristica di snervamento (t ≤ 40 mm): fyk = 355 N/mm2;
- tensione caratteristica di rottura (t ≤ 40 mm): ftk = 510 N/mm2;
- tensione di snervamento di progetto (t ≤ 40 mm): fyd = 338 N/mm2;
- tensione caratteristica di snervamento (40 mm < t ≤ 80 mm): fyk = 335 N/mm2;
- tensione caratteristica di rottura (40 mm < t ≤ 80 mm): ftk = 490 N/mm2;
- tensione di snervamento di progetto (40 mm < t ≤ 80 mm): fyd = 319 N/mm2;
- tensione caratteristica di snervamento (80 mm < t ≤ 100 mm): fyk = 315 N/mm2;
- tensione caratteristica di rottura (80 mm < t ≤ 100 mm): ftk = 470 N/mm2;
- tensione di snervamento di progetto (80 mm < t ≤ 100 mm): fyd = 300 N/mm2;
- tensione caratteristica di snervamento (100 mm < t ≤ 150 mm): fyk = 295 N/mm2;
- tensione caratteristica di rottura (100 mm < t ≤ 150 mm): ftk = 450 N/mm2;
- tensione di snervamento di progetto (100 mm < t ≤ 150 mm): fyd = 281 N/mm2.
Le caratteristiche meccaniche dell’acciaio dei trefoli degli stralli sono:
- tensione caratteristica al 1% di deformazione totale: fp(0,1)k = 1670 N/mm2;
- tensione caratteristica di rottura: fptk = 1860 N/mm2;
- tensione di rottura di progetto: fRd = 1127 N/mm2.
La caratteristica meccanica dell’acciaio dei pioli Nelson elettrosaldati alle travi è: - resistenza a rottura: ft = 450 N/mm2.
armature del getto di completamento della soletta e delle sottostrutture, e B450A (diame-tro delle barre Φ = 5 mm), usato per la rete elet(diame-trosaldata delle lastre predalle, sono:
- tensione caratteristica di snervamento: fyk = 450 N/mm2;
- tensione caratteristica di rottura: ftk = 540 N/mm2;
- tensione di snervamento di progetto: fyd = 391 N/mm2.
Le proprietà fisiche assunte per il calcestruzzo sono: - coefficiente di Poisson (calcestruzzo fessurato): ν = 0; - coefficiente di Poisson (calcestruzzo non fessurato): ν = 0,2; - coefficiente di dilatazione termica: α = 1,2∙10-5 1/°C;
- peso specifico: γ = 25000 N/m3.
Le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo di classe di resistenza C35/45 utilizzato per le lastre predalle e per il getto di completamento della soletta sono:
- resistenza caratteristica cubica a compressione uniassiale: Rck = 45 N/mm2;
- resistenza caratteristica cilindrica a compressione uniassiale: fck = 37,35 N/mm2;
- resistenza media cilindrica a compressione uniassiale: fcm = 45,35 N/mm2;
- resistenza media a trazione semplice (assiale): fctm = 3,35 N/mm2;
- resistenza caratteristica a trazione semplice (assiale): fctk = 2,35 N/mm2;
- resistenza media a trazione per flessione: fcfm = 4,02 N/mm2;
- modulo elastico istantaneo: Ecm = 34625 N/mm2.
Le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo di classe di resistenza C32/40 utilizzato per le sottostrutture sono:
- resistenza caratteristica cubica a compressione uniassiale: Rck = 40 N/mm2;
- resistenza caratteristica cilindrica a compressione uniassiale: fck = 33,2 N/mm2;
- resistenza media a trazione semplice (assiale): fctm = 3,1 N/mm2;
- resistenza caratteristica a trazione semplice (assiale): fctk = 2,17 N/mm2;
- resistenza media a trazione per flessione: fcfm = 3,72 N/mm2;
Getto soletta XC3, C32/40 XF1, C32/40 C35/45 Sicurvia XC4, C32/40 XD3, C35/45 XF4, C32/40 C35/45 Pile e spalle XC4, C32/40 XF3, C32/40 C32/40 Platee XC2, C25/30 XA2, C32/40 C32/40 Pali XC2, C25/30 XA2, C32/40 C32/40 I copriferri minimi indicati dalle norme e quelli adottati sono:
Ambiente c (mm), NTC18 Classe strutturale c (mm), EC2 c (mm) Predalle Ordinario 25 S4 25 25 Getto soletta Ordinario 25 S4 25 30 Sicurvia Molto aggressivo 50 S5 50 50 Pile e spalle Aggressivo 40 S5 35 50 Platee Aggressivo 40 S5 30 50 Pali Aggressivo 45 S6 35 50
9. Modelli di calcolo
9.1. La struttura resistente del ponte
La struttura del ponte è stata modellata sul calcolatore elettronico con un programma di calcolo agli elementi finiti. Le travi di impalcato, le torri e le bielle sono state modellate come elementi trave e la loro risposta strutturale è stata valutata ogni 0,5 m. Gli stralli sono stati modellati come elementi trave e la loro risposta è stata valutata alle loro estre-mità. La parte di soletta gettata in opera è stata modellata mediante elementi piastra di forma quadrata di lato pari a 0,5 m. Le lastre predalle non sono state modellate. I connet-tori a taglio sono stati modellati come elementi trave incastrati alle travi di impalcato ed incernierati alla soletta. Essi sono stati disposti ogni 0,5 m. La loro risposta è stata valutata alle loro estremità. La rigidezza assegnata ai connettori è tale da risultare notevolmente maggiore di quella degli altri elementi in modo da riprodurre l’assenza di scorrimenti relativi tra le travi di impalcato e la soletta. In modo analogo ai connettori sono stati mo-dellati gli elementi che congiungono le travi di impalcato ai dispositivi di vincolo. Questi, infatti, si trovano all’intradosso e non sull’asse delle travi di impalcato.
9.2. Le fasi costruttive
Per ogni fase costruttiva del ponte è stato analizzato un diverso modello di calcolo. Fanno eccezione le fasi 1 e 2 e le fasi 11, 12 e 13, studiate insieme con due modelli unici. Ne risultano 11 modelli distinti.
Figura 9.2. Modello 2, fase 3.
Figura 9.3. Modello 3, fase 4.
Figura 9.5. Modello 5, fase 6.
Figura 9.6. Modello 6, fase 7.
Figura 9.8. Modello 8, fase 9.
Figura 9.9. Modello 9, fase 10.
Figura 9.11. Modello 11, fase 14.
9.3. La fase di esercizio
Il comportamento del ponte in fase di esercizio dipende dalla velocità di applicazione delle forze che lo sollecitano. Se essa è modesta, i dispositivi di vincolo dinamico non esercitano alcuna resistenza, altrimenti essi entrano in azione. Al variare di questa velocità varia dunque il modo in cui il ponte è vincolato. Tali dispositivi non sono stati perciò inseriti nel modello di calcolo se ad agire erano le azioni lente quali i pesi propri non strutturali, il ritiro e la viscosità del getto di completamento della soletta, la neve e la temperatura, mentre sono stati modellati come elementi dal comportamento elastico li-neare, cioè molle di rigidezza pari a 108 N/m, sotto le azioni impulsive del vento, del
traffico e del sisma. Ne sono risultati due diversi modelli di calcolo per l’analisi del ponte.
Figura 9.12. Modello per le azioni dei pesi propri non strutturali, del ritiro e della viscosità del getto di completamento della soletta, della neve e della temperatura.
Figura 9.13. Modello per le azioni del vento, del traffico e del sisma.
Per il calcolo degli sforzi che sollecitano il calcestruzzo e l’armatura del getto di com-pletamento della soletta ed i pioli, la soletta stessa è stata considerata non fessurata. Per il calcolo delle sollecitazioni negli altri elementi strutturali, invece, il modulo elastico del calcestruzzo della soletta è stato dimezzato rispetto al valore che assume in assenza di fessurazione.
Al modulo elastico del calcestruzzo della soletta sono stati assegnati valori diversi a seconda che si considerassero azioni agenti a breve od a lungo termine.
Si è posta l’origine del sistema di riferimento nel centro planimetrico del ponte al li-vello del piano stradale. L’asse x coincide con l’asse del ponte ed è diretto da sinistra a destra, mentre l’asse z è diretto verso l’alto.
9.4. Le lastre predalle
La risposta strutturale dei tralicci delle lastre predalle è stata calcolata mediante un modello di trave semplicemente appoggiata.
10. Analisi dei carichi
10.1. Azioni permanenti
10.1.1. Pesi propri strutturali
Il ponte e le sue fondazioni sono realizzati in acciaio ed in calcestruzzo armato. Il terreno presente nel sito di costruzione dell’opera è a grana grossa. Il suo peso spe-cifico è 20000 N/m3 ed il suo angolo di resistenza al taglio è 35°. Le sottostrutture sono
fondate su pali e quindi non sono in grado di subire spostamenti relativi rispetto al terreno. Su di esse agisce dunque la spinta a riposo del terreno. Il coefficiente di spinta a riposo è:
K0
0,426
Il peso specifico dell’acqua della falda presente nel sottosuolo è 10000 N/m3.
10.1.2. Pesi propri non strutturali
La pavimentazione stradale è realizzata in Asphalt Rubber, il suo spessore è 4 cm ed il suo peso specifico è 25000 N/m3. Per tenere conto della variabilità dello spessore, i suoi
valori caratteristici superiore ed inferiore sono assunti rispettivamente pari a 1,4 e 0,8 volte il valore nominale.
I sicurvia appartengono alla classe di contenimento H3 e la loro massa per unità di lunghezza è 100 kg/m. La massa per unità di lunghezza dei parapetti è 50 kg/m.
I pesi propri non strutturali sono compiutamente definiti, per cui per essi si assumono i coefficienti parziali delle azioni validi per i pesi propri strutturali.
10.1.3. Pretensioni degli stralli
A partire da ogni biella si indicano con i numeri 1, …, 8 i punti di attacco degli stralli all’impalcato che si incontrano procedendo verso la mezzeria del ponte. Per determinare la sequenza di prima tesatura degli stralli 1, …, 6 si impone che alla fine della fase 7 gli spostamenti verticali dei punti 1, 3, 4, 5 e 6 siano nulli. Il fatto che il punto 1 abbia subito in precedenza uno spostamento verticale totale nullo consente anche di agganciare nella fase 8 le bielle all’impalcato in una posizione indeformata. Gli spostamenti verticali di tali punti nelle singole fasi 1, 2, 4 e 6 e quelli totali sono (gli spostamenti verticali sono
