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5 Analisi razionale per il Nuovo Ponte sul fiume Pescara: i
dettagli
Come precedentemente ricordato, un corretto bilanciamento tra forma e funzione non de-ve riguardare soltanto la concezione dell’opera nel suo insieme ma anche i dettagli strut-turali, con particolare riferimento a quelli visibili. Spesso l’ingegnere si preoccupa del so-lo fatto che il dettaglio funzioni bene, cioè che le sollecitazioni si trasmettano corretta-mente, che le tensioni non superino determinati valori, che non vi siano problemi di fati-ca, ecc. Ciò può andar bene per un giunto metallico che rimanga nascosto alla vista dell’utente ma in una struttura come un ponte strallato, nella quale gli ancoraggi degli stralli risultano ben visibili e contribuiscono a caratterizzare il ponte, non è possibile tra-scurare le esigenze estetiche. Spesso bastano piccoli accorgimenti per rendere gradevole un giunto, a volte anche la sola corretta scelta dei colori della verniciatura.
Per il progetto in esame, sono stati presi in esame tre dettagli:
dettaglio 1 – Ancoraggio stralli-impalcato
dettaglio 2 – Ancoraggio stralli di riva-fondazione
dettaglio 3 – Appoggio tubolare di contrasto in fondazione
Ciascuno di questi particolari costruttivi è stato analizzato sia dal punto di vista estetico che da quello statico. Per ciascuno di essi sono state proposte diverse soluzioni, ciascuna valutata in modo critico, fino ad ottenere una soluzione definitiva che, secondo l’autore e i Relatori, rappresenta una valida soluzione progettuale.
5.1 Dettaglio 1 – Ancoraggio stralli-impalcato
L’ancoraggio degli stralli che sostengono l’impalcato rappresenta per i ponti sospesi e an-cor più per quelli strallati un particolare da esaminare e progettare attentamente. Lo strallo costituisce “l’appoggio” dell’impalcato ma, a differenza degli appoggi sui baggioli, que-sto è obliquo e con inclinazioni diverse per ciascun ancoraggio. La difficoltà di progetta-zione e realizzaprogetta-zione è quindi notevole e deve essere posta la massima cura sia durante la progettazione che durante la realizzazione in officina.
Il criterio di progetto dell’ancoraggio è frutto delle seguenti considerazioni:
la trave principale dell’impalcato è di tipo scatolare, con larghezza di 1500 mm ed altezza 1900 mm;
in corrispondenza dei traversi, all’interno delle travi, sarà presente un piatto (con-tinuazione dell’anima del traverso);
la presenza dell’ancoraggio comporta l’aggiunta di irrigiditori e piatti, con le rela-tive saldature;
il capocorda dello strallo necessiterà di un elemento di contrasto;
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l’ancoraggio deve essere quanto più possibile protetto dalle intemperie;
lo strallo è inclinato: oltre alla componente verticale, possiede quindi una compo-nente longitudinale ed una trasversale, sollecitazioni parassite non necessarie alla statica della struttura (Figura 5.1);
lo strallo è soggetto a continue variazioni angolari che possono causare problemi di fatica nell’attacco;
l’attacco non deve essere fisso ma tesabile con martinetti;
in un ancoraggio di questo tipo vi sono solitamente molte saldature non canoniche (saldature curvilinee su più piani) e quindi una posizione molto scomoda di salda-tura provocherebbe una difficoltà aggiunta.
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In conseguenza di ciò si è dedotto che:
progettare l’ancoraggio all’interno della trave principale evita l’insorgenza di momenti flettenti causati dall’eccentricità ma crea una notevole difficoltà costrut-tiva in officina (Figura 5.2);
spostare le travi principali verso l’interno per diminuire le sollecitazioni flettenti sul traverso e continuare l’impalcato all’esterno con una mensola, provoca ecces-siva pressoflessione deviata nell’elemento di collegamento (Figura 5.3);
Figura 5.2
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l’introduzione di un elemento di contrasto atto a sopportare le sollecitazioni longi-tudinali parassite, condurrebbe a poter considerare la mensola esterna come sog-getta a pressoflessione retta e non a pressoflessione deviata (Figura 5.4);
scelta la forma tubolare per l’antenna, è architettonicamente gradevole mantenere tale geometria anche per altre parti della struttura, così da creare un filo conduttore nella progettazione;
l’ancoraggio degli stralli in un ponte di questo tipo rappresenta un particolare di distinzione: è piacevole che sia visibile agli utenti;
l’aggiunta di un elemento di gomma all’uscita dello strallo dall’ancoraggio per-mette a questo di appoggiarsi durante le variazioni angolari dell’elemento ed im-pedisce all’acqua piovana di filtrare all’interno, creando problemi di corrosione. Sono state sviluppate diverse proposte per questo dettaglio; le più significative sono ripor-tate nei paragrafi successivi.
92 5.1.1 Socket di ancoraggio
Le prime tre soluzioni proposte nel seguito sono state concepite con l’attacco tipo CYR della Redaelli® (Figura 5.5). Questo socket è caratterizzato da un capocorda che viene ancorato all’estremo dello strallo direttamente in fabbrica; al lato opposto è presente una barra filettata che serrata con un bullone sferico, contrasta sulla piastra di ancoraggio.
Figura 5.5 - Socket tipo CYR prodotto da Redaelli®
Questo ancoraggio è comunemente utilizzato ma risente maggiormente dei problemi di fatica rispetto ad altri tipologie di attacchi. Per questo motivo la scelta si è successivamen-te orientata sull’attacco tipo CYW (Figura 5.6), prodotto dalla ssuccessivamen-tessa azienda. In questo socket il capocorda e la barra filettata sono un unico elemento: lo strallo giunge all’interno del capocorda che, essendo filettato, permette direttamente il serraggio con da-do conico. L’ultima soluzione proposta, quella definitiva, utilizza questo tipo di attacco.
93 5.1.2 Soluzione 1
L’ancoraggio è fissato esternamente all’impalcato mediante una mensola dotata di piatta-banda superiore dritta e inferiore inclinata. Dal punto di vista statico è molto efficiente poiché le sollecitazioni di taglio si trasmettono adeguatamente alla trave principale e il tu-bolare di contrasto è sollecitato a pressoflessione con distanza tra gli appoggi pari a circa 12,0 m. Frontalmente la mensola è chiusa con un piatto verticale. Per evitare instabilità per carico di punta, esso ha un diametro di 600 mm e uno spessore di 40 mm. Estetica-mente la mensola non è molto gradevole poiché sembra spezzata al suo estremo; l’attacco dello strallo dotato di carter esterno è invece molto gradevole e sottile: concilia perfetta-mente con l’andamento del resto della struttura.
94 5.1.3 Soluzione 2
È una soluzione molto simile alla precedente con la quale condivide il gradevole attacco dello strallo e il tubolare di contrasto che, però, è posto più in alto. La mensola ha en-trambe le piattabande inclinate fino ad essere tangenti al tubolare, avvolgendolo con for-me curve. Dal punto di vista statico, a causa della minore altezza dell’anima, risulta più sollecitato rispetto a quello proposto nella “soluzione 1” ma con un’adeguata verifica de-gli spessori non vi sono problemi nella realizzazione. Di questa soluzione nelle figure se-guenti viene proposto anche un rendering grafico.
95 Figura 5.9 - Soluzione 2 - Rendering grafico
96 5.1.4 Soluzione 3
In questa soluzione l’attacco dello strallo è costituito da tre elementi tubolari convergenti nell’asse teorico. Gli elementi hanno un diametro esterno di 400 mm e uno spessore di 40 mm. Il tubolare di contrasto non giunge nell’attacco dello strallo adiacente ma è saldato alla trave principale ad una distanza pari a metà dell’interasse tra gli attacchi. L’attacco è lo stesso delle precedenti soluzioni.
Seppur valida dal punto di vista statico, esteticamente questa soluzione non è coerente con il resto della struttura: l’antenna è molto lineare e snella mentre il tubolare di contra-sto con andamento a zig-zag tende a spezzare quecontra-sto andamento.
97 5.1.5 Soluzione 4
Alla fine di questo procedimento di progettazione, il dettaglio che è stato ritenuto più ido-neo per la sua funzione e la sua forma è quello della soluzione 4, riportato nelle figure se-guenti. Esso è stato concepito con l’attacco CYW precedentemente descritto; questo con-trasta con un elemento tubolare saldato al tubolare di contrasto e alla mensola. All’estremità superiore del contrasto, dove esce lo strallo, è presente un anello di gomma sia per evitare infiltrazioni di acqua che corroderebbero l’attacco dall’interno, sia per far appoggiare lo strallo quando oscilla.
98 Figura 5.13 - Soluzione 4 - Restituzione grafica
99 Figura 5.15 - Soluzione 4 - Restituzione grafica
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5.2 Dettaglio 2 – Ancoraggio stralli di riva
Nei ponti strallati gli appoggi strutturali o, più in generale, i collegamenti tra gli elementi dell’impalcato e gli elementi dell’antenna, così come i vincoli tra la sovrastruttura e la sottostruttura, possono essere progettati seguendo i principi generali utilizzati per altre strutture. Quando invece si devono progettare collegamenti strutturali nei quali un cavo si ancora all’impalcato, all’antenna o alla fondazione, è necessario progettare un dettaglio speciale. Allo stesso tempo, una progettazione efficiente di questi dettagli è estremamente importante, poiché gli stralli rappresentano gli elementi di sostegno principale della strut-tura.
Come nel “Dettaglio 1”, l’ancoraggio degli stralli di riva rappresenta un particolare archi-tettonico importantissimo. Nel ponte in progetto gli ancoraggi di riva sono posti all’interno dell’area verde della rotatoria in riva sinistra, ben visibili quindi agli utenti che percorrono la strada.
Gli stralli sono costituiti da funi chiuse del diametro di 112 mm. Gli attacchi inizialmente scelti sono quelli riportati in Figura 5.16 nei quali lo strallo è bloccato nel capocorda (vedi paragrafo 5.1.1 )
Figura 5.16 - Capocorda cilindrico regolabile con barra filettata e dado sferico
Questo tipo di attacco è soggetto a maggiori fenomeni di fatica rispetto ad altre soluzioni. Per questo motivo, la scelta definitiva è ricaduta su l’attacco tipo CWY dell’azienda Re-daelli®, proposto in Figura 5.17.
101 Figura 5.17 - Capocorda cilindrico regolabile con dado e rondella sferici
Il criterio di progetto dell’ancoraggio è frutto delle seguenti considerazioni:
la forza nello strallo è concentrata su una piccola area, causando tensioni note-voli;
lo strallo è soggetto a continue variazioni angolari causate dal carico mobile sull’impalcato;
gli ancoraggi hanno inclinazioni differenti sia sul piano verticale che su quello trasversale;
l’attacco non deve essere fisso ma tesabile con martinetti;
essendo ben visibile deve risultare gradevole e coerente con il resto della strut-tura;
per uniformità di soluzione, il tipo di attacco deve essere lo stesso utilizzato per il “dettaglio 1”.
In conseguenza di ciò si è dedotto che:
le notevoli sollecitazioni impongono la presenza di una grande quantità di ar-matura; è necessario semplificare al massimo il procedimento di costruzione;
posteriormente all’ancoraggio deve essere presente uno spazio adeguato per l’inserimento del martinetto;
102 Figura 5.18
Lo strallo si muoverà impercettibilmente anche in senso trasversale: è necessa-rio fornire una rigidezza anche in tale piano;
Figura 5.19
l’ancoraggio degli stralli in un ponte di questo tipo rappresenta un particolare di distinzione; è piacevole che sia visibile agli utenti;
103 Figura 5.20
5.2.1 Soluzione con piastra verticale
Una prima soluzione, rappresentata in Figura 5.21 è costituita da un piatto verticale sa-gomato saldato ad un cilindro di contrasto per il socket. Per fornire una ragionevole rigi-dezza trasversale, sono stati studiati diverse forme di piatti da saldare nella parte inferiore del cilindro. Questi irrigiditori devono però evitare l’accumulo dell’acqua, dannosa per la corrosione dell’acciaio: non devono essere disposti perpendicolari alla piastra ma legger-mente inclinati verso l’esterno. Tra le diverse soluzioni, le più gradevoli sono risultate quelle costituite da piccoli piatti, poco visibili rispetto a quelli più grandi e vistosi (Figura 5.21 e segg.).
Anche per collegare questo ancoraggio alla fondazione sono state studiate diverse solu-zioni:
5.2.1.1 collegamento 1:
Piastra saldata perpendicolarmente al piatto verticale collegata alla fondazione con i tira-fondi. Oltre ad essere poco piacevole esteticamente, risulta poco efficiente poiché tutte le sollecitazioni sono affidate interamente ai tirafondi, con relativi problemi di rifollamento, ecc.
5.2.1.2 collegamento 2:
Proseguire la piastra verticale all’interno della fondazione ed ancorarla con ferri di arma-tura e nervature. Esteticamente è più gradevole anche se l’esecuzione di questo dettaglio è molto complicata.
104 Figura 5.21 - Ancoraggio con piastra verticale con piatti trasversali rettangolari
105 Figura 5.23 - Ancoraggio con piastra verticale con piatti trasversali sagomati
106 5.2.2 Soluzione con piastra di contrasto
In questa soluzione, riportata dalla Figura 5.25 alla Figura 5.31, la fondazione viene sa-gomata a pettine, gli stralli inseriti all’interno di ciascuna forcella e ancorati con piastre di contrasto al blocco di fondazione. La soluzione, non molto comune nella tecnica, permet-te di risolvere alcuni problemi strutturali risultando particolarmenpermet-te funzionale. La piastra di contrasto rastremata e stondata, oltre che essere piacevole dal punto di vista estetico, risulta valida per la diffusione degli sforzi e delle tensioni di contatto. Il socket trasmette le sollecitazioni alla piastra mediante un dado conico che permette un perfetto centraggio durante in montaggio. Alla piastra di contrasto sono saldate perpendicolarmente due pia-stre dotate di irrigidimenti e connettori per il trasferimento delle sollecitazioni e affogata nel plinto di fondazione in cemento armato. Così progettato, l’ancoraggio risulta molto rigido e resistente rispetto eventuali sollecitazioni parassite. La piastra interna al blocco di fondazione è dotata di fori per il passaggio delle armature; la procedura di montaggio in cantiere è quindi obbligata e poco soggetta a errori delle maestranze. Tra la faccia inferire della piastra di contrasto e la fondazione è presente uno spazio di 10 cm, così permettere la fuoriuscita dell’acqua impedendone l’accumulo e la crescita della vegetazione.
La soluzione che è stata scelta per il progetto definitivo è quest’ultima, con piastra di con-trasto.
107 Figura 5.26 - Ancoraggio con piastra di contrasto: vista posteriore
108 Figura 5.29 - Ancoraggio con piastra di contrasto: armatura interna in trasparenza
109 Figura 5.30 - Ancoraggio con piastra di contrasto: piastra interna
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5.3 Dettaglio 3 – Appoggio tubolare di contrasto in fondazione
Come precedentemente descritto, per evitare l’eccessiva compressione dell’impalcato causata dalla componente orizzontale del tiro dello strallo, è stato inserito un tubolare di contrasto esterno al grigliato dell’impalcato, e collegato ad esso soltanto in prossimità de-gli ancoraggi. Il tubolare appare anche come un elemento architettonicamente distintivo per il ponte. Staticamente risulta fortemente compresso e quindi la spalla sinistra è sog-getta ad un notevole taglio longitudinale che, se non correttamente contrastato comporta un enorme aggravio economico in fondazione. Per evitare l’inserimento di ulteriori pali di fondazione soggetti a taglio in testa sia nella spalla sinistra che nella fondazione degli stralli, i due plinti sono stati collegati insieme mediante tre travi: una in corrispondenza dell’antenna e due in corrispondenza dei tubi strutturali ai lati.
Alla fine del tubolare di contrasto è stata inserita un’articolazione che permette rotazioni dell’elemento e scarica la compressione in fondazione. Al fine di ricercare la migliore luzione, bilanciando al meglio il binomio forma-funzione, sono state studiate diverse so-luzioni.
5.3.1 Soluzione A – tubolare convesso – sede concava
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La soluzione, riportata nella Figura 5.32 e nella Figura 5.33 è costituita dal tubolare che rastrema avvicinandosi alla cerniera, caratterizzato all’estremità da una semisfera piena con superficie in acciaio inox. L’estremità del tubolare è inserita all’interno di una sede concava, anch’essa in acciaio inox, che permette un centramento automatico e la rotazio-ne del tubolare. La sede è ancorata alla spalla mediante bulloni disposti radialmente. Per scongiurare un’eventuale uscita dalla sede del tubolare, esso è ancorato alla spalla mediante un sistema di ritenuta interno, descritto nel paragrafo 5.3.3.
Esteticamente appare gradevole, in armonia con il contesto e con il resto della struttura. Come l’antenna, il tubolare si restringe all’avvicinarsi dell’appoggio.
112 Figura 5.34 - Soluzione A - Sezione trasversale
113 5.3.2 Soluzione B – tubolare concavo – sede convessa
Nella soluzione B (da Figura 5.36 a Figura 5.39) l’estremità del tubolare è di diametro maggiore rispetto al tubo di contrato ed è sagomato a sfera concava, rivestita con acciaio inox. La sede consiste in una semisfera con superficie in acciaio inox, ancorata alla spalla mediante bulloni disposti in modo radiale. Come per la soluzione A, è presente un sistema di ritenuta progettato per scongiurare l’uscita dalla sede del tubolare. Esso ha le stesse ca-ratteristiche descritte nel paragrafo precedente.
114 Figura 5.37 - Rendering soluzione B
115 Figura 5.39 - Soluzione B - Vista della semisfera in acciaio inox
Questa soluzione risulta più pesante e goffa rispetto alla soluzione A; per questo motivo è stata preferita la prima soluzione.
116 5.3.3 Sistema di ritenuta
Il sistema di ritenuta interno (Figura 5.40 e Figura 5.34), è costituito da una barra Dywidag® disposta sull’asse geometrico del giunto con una piastra di contrasto a ciascu-na estremità e dotata di dado conico per ottenere il miglior serraggio possibile. Sul tubola-re è ptubola-redisposto un foro con carter di protezione in prossimità della barra di ritenuta: esso permette l’ispezione, la manutenzione e l’eventuale sostituzione della barra stessa.
