UNIVERSITÀ DI PISA
SCUOLA DI INGEGNERIA
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria delle Costruzioni Civili
Tesi di Laurea
PROGETTAZIONE DI UN PONTE STRALLATO
CICLOPEDONALE SUL FIUME ARNO TRA
RIGLIONE E CISANELLO
Relatori Candidato
Prof. Ing. Mauro Sassu Antonio Quintavalle
Prof. Ing. Massimo Dringoli
Ing. Marco Cinotti
Relatori
Prof. Ing. Mauro Sassu Prof. Ing. Massimo Dringoli Ing. Marco Cinotti
Candidato
Antonio Quintavalle
Abstract
La tesi tratta della progettazione strutturale ed architettonica di un ponte ciclopedonale, che colleghi gli itinerari ciclabili su due lati del fiume Arno a Pisa, presso gli abitati di Riglione e di Cisanello. L’opera, oltre a rientrare nel progetto regionale di completamento della “Ciclopista dell’Arno”, diverrebbe una infrastruttura a servizio del policlinico cittadino che negli ultimi anni ha subito un progressivo ampliamento. Al termine della fase preliminare in cui i vincoli idraulici e architettonici hanno indirizzato e talvolta condizionato le scelte progettuali è stata individuata e sviluppata la seguente soluzione: per il superamento dell’alveo di magra e del breve tratto di golena presente sul lato sinistro (Riglione) si realizza un ponte strallato in carpenteria metallica senza appoggi intermedi caratterizzato da un impalcato sostenuto da una strallatura diffusa collegata a due antenne gemelle rastremate ed inclinate di 15° verso il fiume; per l’attraversamento dell’ampia area golenale presente sul lato destro (Cisanello) fino allo scavalcamento dell’argine maestro si è progettato un viadotto, sostenuto da un numero limitato di
pile per non ingombrare troppo l’alveo di piena.
La struttura a seguito di una modellazione tridimensionale realizzata mediante il programma di calcolo SAP2000 è stata progettata e verificata nei confronti delle normative italiane (NTC2008) ed Europee (Eurocodici) in funzione delle azioni ambientali previste per la zona (azioni sismiche, eoliche, termiche) e delle azioni antropiche (veicoli di servizio, folla). E’ stato infine affrontato uno studio relativo alla valutazione dello Human comfort durante i fenomeni vibrazionali generati dal transito dei pedoni, seguendo le linee guida
“Assessment of vibrational behaviour of footbridges under pedestrian loading”
redatte dal Dipartimento dei Trasporti Francese nel 2006. Per tale studio è stato analizzato il comportamento della struttura sotto l’azione di carichi dinamici opportunamente valutati e sono state effettuate delle analisi dinamiche con integrazione al passo (time history) al fine di determinare le accelerazioni orizzontali e verticali dell’impalcato in corrispondenza delle frequenze proprie della struttura ritenute a rischio.
Quale sarebbe il ponte ideale? Quello che può ridursi ad un filo, ad una linea, senza lasciare nient’altro, così da assolvere rigorosamente la sua funzione di unire due punti separati.
vii
INDICE
1. INTRODUZIONE AL PROGETTO ... 1
1.1. Scopo del progetto ... 1
1.2. I ponti ciclopedonali ... 4
1.3. Il Sistema Idraulico del fiume Arno nel Comune di Pisa ... 8
1.4. L’Arno nei pressi del meandro di Cisanello e di Riglione ... 9
1.5. Il sito di intervento ... 12
2. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI ... 15
2.1. Vincoli progettuali ... 15
2.1.1. Vincoli idraulici ... 15
2.1.2. Vincoli architettonici ... 19
2.1.3. Vincoli tecnici legati al sito ... 20
2.2. Scelte progettuali ... 21
2.2.1. Ponte a struttura reticolare a via inferiore ... 22
2.2.2. Ponte ad arco a via inferiore ... 23
2.2.3. Ponte strallato ... 25
2.2.4. Materiali ... 25
2.2.5. Viadotto ... 26
3. DESCRIZIONE DELLO STATO DI PROGETTO ... 29
3.1. Caratteristiche finali della struttura ... 29
3.2. Caratteristiche dei materiali ... 36
4. RIFERIMENTI NORMATIVI ... 43
4.1. Norme per il calcolo strutturale ... 43
4.2. Norme per l’analisi delle vibrazioni ... 44
viii
4.4. Norme per la conformità dei materiali... 44
5. ANALISI E COMBINAZIONE DEI CARICHI ... 47
5.1. Azioni permanenti ... 47
5.1.1. Peso proprio degli elementi strutturali ... 47
5.1.2. Carichi permanenti portati ... 48
5.2. Azione dovuta alla neve ... 48
5.2.1. Generalità ... 48
5.2.2. Caratterizzazione del sito ... 48
5.2.3. Carico neve sulla passerella ... 49
5.3. Azioni dovute al vento ... 49
5.3.1. Generalità ... 49
5.3.2. Caratterizzazione del sito ... 50
5.3.3. Forza del vento in direzione trasversale x ... 52
5.3.4. Forza del vento in direzione longitudinale y ... 53
5.3.5. Forza del vento in direzione verticale z... 53
5.3.6. Forza del vento sulle antenne ... 54
5.4. Carichi dovuti al traffico dei pedoni, dei cicli e dei veicoli di servizio ... 57
5.4.1. Modelli di carico verticali ... 57
5.4.2. Modelli di carico orizzontali ... 58
5.4.3. Modelli dinamici per carichi pedonali... 59
5.5. Deformazioni impresse ... 59
5.5.1. Distorsioni e presollecitazioni di progetto (ɛ1) ... 59
5.5.2. Ritiro e viscosità del calcestruzzo (ɛ2)... 60
5.5.3. Variazioni termiche (ɛ3) ... 62
5.6. Azioni dovute al sisma ... 65
ix
5.6.2. Vita nominale e classe d’uso ... 65
5.6.3. Pericolosità sismica di base ... 66
5.6.4. Specificità del sito ... 67
5.6.5. Spettro di risposta elastico della componente orizzontale ... 68
5.6.6. Spettro di risposta elastico della componente verticale ... 69
5.6.7. Spettri di risposta di progetto ... 71
5.7. Combinazioni di calcolo delle azioni ... 72
5.7.1. Stato Limite Ultimo ... 72
5.7.2. Stato Limite di Esercizio ... 75
6. CONCEZIONE, FUNZIONAMENTO STATICO E PRIMO DIMENSIONAMENTO 77 6.1. Antenne………….. ... 77
6.2. Sistema di sostegno ... 79
6.3. Impalcato…… ... 85
7. MODELLO DI CALCOLO ... 87
7.1. Modellazione dei materiali ... 87
7.2. Modellazione delle azioni ... 88
7.3. Modellazione degli elementi strutturali e dei vincoli ... 88
7.3.1. Modellazione degli stralli ... 90
7.4. Sintesi dei risultati ... 94
7.4.1. Risultati dell’analisi dinamica modale ... 94
7.4.2. Risultati dell’analisi strutturale ... 96
8. VERIFICHE DELLA SOVRASTRUTTURA ... 99
8.1. Soletta di impalcato ... 99
8.1.1. Fase I: Getto del calcestruzzo ... 102
8.1.2. Fase II: Soletta collaborante ... 108
x
8.2.1. Fase I: Getto del calcestruzzo ... 117
8.2.2. Fase II: Soletta collaborante ... 119
8.3. Correnti longitudinali ... 132
8.4. Antenne…… ... 139
8.4.1. Montanti ... 139
8.4.2. Controvento ... 147
8.4.3. Verifica di stabilità globale dell’antenna ... 150
8.5. Collegamenti ... 153
8.5.1. Collegamento traverso-traverso ... 153
8.5.2. Collegamento corrente-traverso ... 159
8.5.3. Collegamento strallo di campata-impalcato ... 160
8.5.4. Collegamento strallo - antenna ... 162
8.5.5. Ancoraggio strallo di ormeggio ... 166
8.5.6. Giunto di base antenna ... 171
8.5.7. Collegamento tra i tubolari di controvento dell’antenna ... 184
9. DISPOSITIVI DI VINCOLO ... 189
9.1. Criteri di scelta ... 189
9.2. Funzionamento dei dispositivi scelti ... 191
10. VERIFICHE DELLA SOTTOSTRUTTURA ... 193
10.1. Caratterizzazione geotecnica del terreno ... 194
10.2. Fondazioni su pali ... 197
10.2.1. Portata limite verticale ... 198
10.2.2. Portata limite orizzontale ... 199
10.3. Spalla sinistra e muri di ancoraggio degli stralli di riva ... 201
10.3.1. Geometria e azioni agenti ... 201
xi
10.3.3. Verifica del muro di ancoraggio dello strallo di riva... 214
10.4. Spalla destra viadotto ... 223
10.4.1. Geometria e azioni agenti ... 223
10.4.2. Verifica dei pali di fondazioni ... 224
10.4.3. Calcolo armatura zattera di fondazione ... 230
10.4.4. Verifica del paraghiaia ... 231
10.4.5. Verifica del muro frontale ... 233
10.4.6. Verifica dei baggioli ... 240
10.5. Fondazione antenna ... 241
10.5.1. Geometria e azioni agenti ... 241
10.5.2. Verifica dei pali di fondazione ... 242
11. ANALISI DELLE VIBRAZIONI ... 251
11.1. Premessa….. ... 251
11.2. Interazione ponte-traffico ... 251
11.3. Linee guida per la valutazione del fenomeno delle vibrazioni ... 253
11.3.1. STAGE 1: Determinazione della classe di traffico del ponte ... 255
11.3.2. STAGE 2: Scelta del livello di comfort ... 255
11.3.3. STAGE 3: Determinazione delle frequenze e valutazione della necessità di eseguire analisi dinamiche non lineari ... 257
11.3.4. STAGE 4 (se necessario): Definizione dei carichi dinamici ... 260
11.3.5. STAGE 5: Modifica del progetto ... 264
11.4. Caso di studio: Analisi del fenomeno delle vibrazioni ... 265
11.4.1. Calcolo dei carichi dinamici ... 268
11.4.2. Applicazione dei carichi dinamici al modello ... 269
11.4.3. Valutazione delle accelerazioni massime sull’impalcato ... 271
xii
CONCLUSIONI ... 275 FOTOINSERIMENTI ... 277 BIBLIOGRAFIA ... 281
1
1. INTRODUZIONE AL PROGETTO 1.1. Scopo del progetto
Con questo lavoro si intende progettare a livello preliminare un ponte ciclo-pedonale, che colleghi gli itinerari ciclabili su due lati del fiume Arno, presso la città di Pisa, in una zona divenuta particolarmente strategica, quale è quella in cui sorge il policlinico cittadino.
Il ponte consentirà, infatti, un collegamento diretto tra i quartieri di Riglione-Oratoio e Putignano che hanno un’alta densità abitativa, direttamente con il centro della città e con l'ospedale di Cisanello, che nel corso degli ultimi anni ha subito un progressivo ampliamento e vanta alcuni fra i reparti migliori sul territorio nazionale ed una ricettività ospedaliera tra le prime in Toscana.
Anche lo stesso quartiere di Cisanello, da cui l’ospedale prende il nome, ha avuto una fortissima espansione e potenziamento dei servizi, un po' perché c'era la necessità di decentrare uffici e centri commerciali ad alta affluenza dal traffico del centro urbano, ma soprattutto in conseguenza della crescita del polo ospedaliero degli ultimi anni.
Riportiamo sotto in Fig. 1.1 un estratto di carta topografica regionale per offrire un inquadramento generale dell'area di interesse.
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Il ponte ciclopedonale tra Riglione e Cisanello, quindi, è un’opera programmata all’interno della “ciclopista dell’Arno” e come infrastruttura a servizio dell’ospedale nuovo. La "ciclopista dell' Arno" di lunghezza complessiva pari a 280 km, di cui 16,7 km si sviluppano sul territorio comunale è stata finanziata per il 90% dalla Regione Toscana e sarà completata nei suoi tratti mancanti entro il 2020. Riportiamo in Fig.1.2 un tratto di ciclopista ultimato recentemente e realizzato al di sopra del rilevato arginale.
Oltre a favorire la mobilità consentendo agli utenti un’alternativa all’uso dell’automobile per spostamenti quotidiani, assumerà sempre di più anche una valenza turistica offrendo percorsi suggestivi in affascinanti ambienti naturali e attraverso le città e i borghi tipici della Toscana.
Figura 1.2-Tratto della “Ciclopista dell’Arno” realizzata sul rilevato arginale.
Nello specifico, l'andamento meandriforme dell'Arno da Cascina fino a Pisa, consente di impostare un sistema di ciclopiste complementari collegate "a pettine": quelle urbane della città, che si è sviluppata lungo la SS 67 e quella a vocazione turistica (in parte già presente ma non conforme alla normativa tecnica sulla sicurezza) lungo il sistema arginale che arriva in prossimità dell'abitato di Riglione, dove, attraverso il ponte ciclopedonale, è previsto il collegamento con il quartiere di Cisanello, situato sulla sponda destra del fiume.
3 Oltrepassata un'ampia area golenale, gli ultimi 4 km di ciclopista collegano il polo ospedaliero di Cisanello al centro della città passando per il viale delle Piagge.
Figura 1.3-Completamento della “Ciclopista dell’Arno” nel tratto tra Cascina e Pisa.
Altrettanto importante, è come la realizzazione di un’infrastruttura del genere, consentirebbe di raggiungere in modo agevole l’ospedale, con mezzi non a motore, permettendo sia di ridurre i flussi di traffico che solitamente passerebbero per il Ponte delle Bocchette situato a 600 metri di distanza, sia di aumentare la disponibilità di parcheggi liberi in prossimità dell’ospedale.
In accordo con AOUP (Azienda Ospedaliera Universitaria Pisana), potrà essere consentito, inoltre, l’attraversamento del ponte ai mezzi di soccorso, nel caso in cui il Ponte delle Bocchette, fosse congestionato dal traffico, impedendo, così, il rapido accesso al pronto soccorso.
L’opera si presenta, infine, come una interessante occasione per realizzare, attraverso la costruzione di una infrastruttura viaria, un segno deciso e riconoscibile nel contesto ambientale e paessaggistico.
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1.2. I ponti ciclopedonali
E’ solo nell’ultimo ventennio che questo tipo di opere infrastrutturali ha iniziato ad avere un ruolo di rilievo nell’architettura contemporanea. I ponti pedonali per quanto siano sempre esistiti a fianco dei ponti tradizionali, iniziano a svilupparsi in maniera autonoma dalla fine del secolo scorso con l’emergere dell’esigenza di riqualificazione dei tessuti urbani degradati, delle aree industriali dismesse o di aree marginali delle città metropolitane. Progettare un’infrastruttura per l’uso esclusivo di pedoni e ciclisti significa, infatti, interpretare la città del futuro con un approccio sostenibile di avvicinamento dell’uomo all’ambiente in cui vive, anche in un tessuto densamente urbanizzato. Inaugurata nel 2006 a Parigi la Passerella Simone de Beauvoir attraversa la Senna collegando Bercy e Paris Rive-Gauche, i due grandi nuovi quartieri nati da un’imponente opera di riqualificazione urbanistica della vecchia area industriale situata lungo il fiume. Il progetto, che porta la firma dell’architetto austriaco Dietmar Feichtinger, si sviluppa per ben 304 metri di lunghezza e nasce dall’intersezione di due linee curve, di cui una convessa e l’altra leggermente concava.
Figura 1.4-Ponte ciclopedonaleSimone de Beauvoir-Parigi (2006).
Si è rafforzato negli anni il coraggio di diffondere e incoraggiare l’utilizzo della bicicletta oltre che per uso ricreativo anche come trasporto primario per brevi tratte come scuola/ufficio-casa,
5 nell’ottica di minimizzare l’impatto sulla natura, elevandola ad elemento da preservare. Ma non è stata solo la spinta verso una mobilità più “green”, infatti, la crescente espansione urbana e il conseguente aumento e mutamento degli assi viari e ferroviari hanno richiesto sempre più spesso opere di attraversamento pedonale. Ponti pedonali, passerelle e sovrappassi oltre ad essere elementi chiave nel ridisegno delle reti di percorsi pedonali e ciclabili, sono spesso divenute opere dotate di una forte carica simbolica, riuscendo a lasciare un segno tangibile sul territorio con un impatto ambientale e urbanistico minimo. Considerando poi l’evoluzione dei materiali da costruzione e delle tecnologie di progettazione, che hanno consentito di realizzare opere dalle grandi luci, si è potuto ottenere in talune occasioni veri e propri elementi iconografici del paesaggio urbano. Grazie ad una soluzione essenziale, lineare e leggera è totalmente riuscito il connubio tra architettura ed ingegneria, nel Ponte ciclopedonale che scavalca l’autostrada A13 Padova-Bologna in corrispondenza dell’arrivo a Bologna.
Figura 1.5-Ponte ciclopedonale sopral’autostrada A13 Bologna-Padova (2008).
L’opera dell’ ingegner Majowiecki si inserisce in un contesto ambientale molto particolare e si identifica come una immaginaria porta d’ingresso alla città. La struttura principale, di estrema
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eleganza, è formata da un macro-cavalletto in profili chiusi, composti da lamiere in acciaio, al cui vertice è fissato sistema di funi a raggiera che sostiene l’impalcato.
Lo sviluppo di queste strutture, ha inoltre promosso l’utilizzo di nuovi materiali come le leghe di alluminio, il vetro strutturale ed il legno lamellare. Citiamo a titolo di esempio la Passerella sul
Lago dei tre Comuni per la cui realizzazione, considerata la valenza ambientale e paesaggistica
propria dell'area è stata scelta una soluzione progettuale in legno lamellare.
Figura 1.6-Passerella sul Lago dei tre Comuni-Cavazzo (2008).
Opere caratterizzate da linee sempre più accattivanti ed originali hanno portato, inoltre, alla luce nuove problematiche tecniche che fino a pochi anni fa erano rimaste pressoché non indagate, come i fenomeni di risonanza dovuti al traffico dei pedoni in strutture sempre più leggere. Carichi e sovraccarichi condizionano il comportamento statico e dinamico di ogni struttura, ma per le passerelle anche la rigidezza gioca un ruolo di particolare importanza. La leggerezza e la snellezza delle passerelle sono caratteristiche intrinseche di queste strutture, naturale conseguenza alla limitata entità dei carichi accidentali previsti (500 kg/m2) ed alla necessità di creare un elemento che ben si armonizzi con l’ambiente ed il contesto urbano. Un aspetto proprio delle passerelle pedonali, che non riscontriamo nelle altre infrastrutture è quello di garantire lo “Human comfort” all’utenza.
7 Il benessere e la comodità dei pedoni sono legati alle possibili deformazioni e vibrazioni della struttura e devono essere garantiti nei confronti sia delle eccitazioni dinamiche indotte dal vento sia dal transito dei pedoni stessi. Anche se i fenomeni vibrazionali non comportano un abbassamento della sicurezza strutturale, tranne che per particolari casi di risonanza (è noto come i soldati in marcia debbano rompere il passo quando attraversano un ponte per evitare che si inneschino fenomeni pericolosi), risulta evidente che le oscillazioni marcate provocano sensazioni di disagio e insicurezza in colui che transita su una passerella. Occorrerà quindi aumentare la rigidezza della struttura, consapevoli del fatto che questo oltre a modificare le linee e l’estetica graverà anche sui costi.
Celebre, al riguardo è il caso del Millennium Bridge chiuso al pubblico due giorni dopo l’inaugurazione per inaspettate vibrazioni, scatenando forti critiche da parte dell'opinione pubblica. Nella progettazione, infatti, era stato sottovalutato il moto oscillatorio del ponte, in particolare quello orizzontale e la sincronizzazione del passo dei pedoni, col conseguente effetto di risonanza.
Figura 1.7-Millennium Bridge-Londra (2000).
Dopo analisi approfondite durate più di un anno e costate ben 5 milioni di sterline, il problema venne risolto con l'addizione di smorzatori ad inerzia (a contrasto delle oscillazioni verticali) e idraulici (per quelle orizzontali). Dopo la riapertura non sono più stati riscontrati problemi strutturali.
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1.3. Il Sistema Idraulico del fiume Arno nel Comune di Pisa
La città di Pisa sorge ad 8 km della foce del fiume Arno, in una pianura denominata Valdarno inferiore. Il territorio si estende in una piana alluvionale piatta e uniforme costituita in superficie da una spessa coltre di sedimenti depositatisi in seguito ad eventi geomorfologici olocenici; tale pianura ha avuto una crescita verso il mare relativamente veloce, tanto che in epoca romana, Pisa era dotata di un porto sul mare. In essa l'Arno corre ormai molto lentamente, con un percorso molto sinuoso e una pendenza decisamente bassa, pari allo 0,3% fino alla foce.
Figura 1.8-Fiume Arno nel territorio comunale.
Il territorio comunale è attraversato dal fiume trasversalmente, da Est verso Ovest, per una lunghezza di circa 16 Km. L’Arno entra nel territorio comunale all’altezza del meandro di Cisanello e, dopo avere attraversato la zona golenale de “La Cella” (circa 2,5 Km), passa nel tratto urbano di Pisa, proseguendo verso la foce con un andamento rettilineo secondo la direzione NE-SW, fino a girare e disporsi E-W circa 3,5 Km prima dello sbocco in mare.
Il fiume Arno è pensile sulla pianura circostante fino a valle di “La Vettola”, cioè allo sbocco del conoide altimetricamente più elevato, costituito dai depositi limososabbiosi del fiume. L’asta dell’Arno corre, per tutto il territorio del Comune di Pisa, all’interno della fascia golenale di prima pertinenza fluviale, situata internamente agli argini. Questa fascia, che ha la massima larghezza in corrispondenza della golena di “La Cella” nei pressi di Putignano in sinistra del fiume (circa 350 m nel tratto più largo della golena), si restringe bruscamente fino a diventare totalmente assente nel tratto che attraversa la città di Pisa. In corrispondenza dell’entrata dell’Arno nel tratto urbano (poco prima del Ponte della Vittoria), l’asta fluviale presenta, inoltre, una curva molto accentuata.
9 Dopo il Ponte dell’Aurelia, oltrepassata la città, riprende la fascia golenale, la quale continua fino allo sbocco in mare (interrompendosi circa 2,5 Km prima della foce sul lato destro del fiume).
1.4. L’Arno nei pressi del meandro di Cisanello e di Riglione
Nello specifico il fiume, al margine nord-orientale del Comune di Pisa, forma un’ampia ansa, all’interno della quale si trova l’abitato di Cisanello.
Figura 1.9-Ansa dell’Arno in prossimità dell’abitato di Riglione e Cisanello.
In questo tratto il fiume, che è pensile rispetto alla pianura, ha una larghezza di circa 100 m. L’ampia fascia golenale presente sul lato destro (circa 190 metri nel tratto più ampio) presenta quasi ovunque una superficie erbosa, coperta occasionalmente da cespugli, arbusti e alberi d’alto fusto. In Fig.1.10 è rappresentata l’argine maestro che separa la golena dal quartiere di Cisanello.
Tale area, delimitata fisicamente dall’ospedale, risulta isolata dal contesto e visibilmente in stato di degrado, sebbene contenga forti potenzialità, in vista di una maggiore riqualificazione
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ambientale e funzionale e di una maggior integrazione con il territorio circostante, sia per la sua estensione, sia per l’assetto morfologico, sia per la valenza naturalistica che è riuscita a mantenere.
E’ evidente, infatti, come le pertinenze del fiume, gli argini, la struttura paesaggistica, le visuali oltre sponda, costituiscano elementi di grande valore da salvaguardare, valorizzare e rapportare con la città.
Figura 1.10-Ampia area golenale all’altezza di Cisanello.
Sul lato sinistro, invece, si trova l’abitato densamente popolato di Riglione-Oratoio; il tratto di golena presente, seppur di minor ampiezza rispetto a quello situato sulla sponda opposta è stato recentemente valorizzato ed adibito a parco giochi ed area fitness con l’istallazione di attrezzature sportive.
11 Figura 1.11-Area golenale attrezzata all’altezza di Riglione.
L’accesso principale a quest’area della golena avviene attraverso un’apertura nell’argine maestro realizzata all’altezza di via E. Malatesta (Fig.1.12).
Figura 1.12-Apertura nell’argine all’altezza di via Malatesta.
I terreni che costituiscono tali golene hanno quote che si aggirano intorno ai 7.3 m s.l.m. con quota massima dell’argine pari a circa 10.10 m s.l.m.
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1.5. Il sito di intervento
La scelta del punto esatto in cui costruire la passerella, è il frutto di una serie di considerazioni, tutte ugualmente importanti, che citiamo di seguito:
trovare uno spazio sufficientemente ampio per disporre le due estremità della struttura e realizzare le rampe di accesso;
trovare uno spazio sufficientemente ampio per l'impianto di un cantiere di notevoli proporzioni;
consentire l’accesso al ponte cercando di modificare il meno possibile la viabilità esistente. Sulla sponda destra del fiume (lato Cisanello), dati gli ampi spazi a disposizione il punto dove realizzare la spalla del ponte, è stato di immediata individuazione. Tale punto si trova, in prossimità della sponda, al termine di un viottolo sterrato (Fig.1.13), che, inizia a lato della strada di accesso al parcheggio dell’ospedale e scavalcando l’argine, attraversa la golena, perpendicolarmente al fiume.
13 Figura 1.14-Zona in cui sarà posizionata la spalla del ponte dal lato di Cisanello.
La collocazione più logica dalla parte di Riglione è, invece, individuata 15 metri a monte dell’apertura dell’argine presente all’altezza di via Malatesta (Fig.1.12). L’accesso alla passerella avverrà, per chi si trova al livello stradale mediante una rampa, che dall’area retrostante piazza Don Milani, sale sull’argine fino alla quota del piano di calpestio del ponte, mentre per chi sta già percorrendo, sul rilevato arginale, la ciclopista dell’ Arno (che ricordiamo è già presente in quel tratto ma è da mettere a norma) l’accesso è diretto. Oltrepassato il fiume, poi, la ciclopista proseguirà sulla sponda opposta fino al centro della città.
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2. VINCOLI E SOLUZIONI PRELIMINARI 2.1. Vincoli progettuali
La libertà del progettista deve in ogni caso assoggettarsi a dei vincoli che possono essere di varia natura e che necessariamente indirizzano o addirittura condizionano le scelte progettuali da adottare. Scegliere il tipo di ponte, la sua ubicazione, il suo profilo altimetrico, la geometria della sezione trasversale, etc. significa esaminare molti fattori tra cui le caratteristiche del territorio circostante, la natura dell’ostacolo sovrappassato, il tipo di utenti che usufruiranno del servizio. In generale possono essere suddivisi in:
Vincoli idraulici Vincoli architettonici Vincoli tecnici legati al sito
2.1.1. Vincoli idraulici
Sono quelli legati alle caratteristiche del fiume attraversato dal ponte in questione: la sezione idraulica, il livello di massima piena relativo ad eventi con tempo di ritorno non inferiore a 200 anni, la pendenza dell'alveo, la presenza di opere di laminazione delle piene a monte della sezione interessata oppure di opere di protezione spondale, come argini rialzati, etc.
Sezione Idraulica
Per ottenere il profilo altimetrico della sezione interessata si è fatto riferimento alle varie sezioni numerate rese disponibili dall’Autorità di Bacino, constatando come la sezione AR0126 fosse praticamente coincidente con il punto di ubicazione del ponte.
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Figura 2.2-Sezione idraulica n° AR0126 dell’Arno a Riglione (1970).
Tali dati, sono stati quindi confrontati con ulteriori sezioni trasversali reperite, ed ulteriormente integrati con alcune misurazioni e rilievi eseguiti di persona in loco.
Livello di massima piena
Il secondo problema che abbiamo affrontato è stato quello della determinazione del livello di
massima piena, in modo da poter fissare la quota minima di intradosso della passerella. Facendo
riferimento alle attuali normative in vigore [NTC 2008- C5.1.2.4] la massima portata ed il relativo franco devono riferirsi ad un tempo di ritorno non inferiore a 200 anni e nel caso di corso arginato, la quota di sottotrave deve essere comunque non inferiore alla quota della sommità arginale.
Riportiamo di seguito i valori dell’altezza idrometrica e della portata per la sezione presa in esame per un tempo di ritorno di 30 e 200 anni.
17 Tr [anni] Battente [m.s.l.m] Portata [m3/s] Franco destro [m] Franco sinistro [m] 30 9,05 2205 0,5 < F < 1 0,5 < F < 1
Tabella 2.1-Quota liquida e portata per un Tr=30 anni in corrispondenza della sezione idraulica n° AR0126.
Figura 2.4-Livello di piena per un Tr=200 anni in corrispondenza della sezione idraulica n° AR0126.
Tr [anni] Battente [m.s.l.m] Portata [m3/s] Franco destro [m] Franco sinistro [m] 200 9,57 2337 0 < F < 0,5 0 < F < 0,5
Tabella 2.2-Quota liquida e portata per un Tr=200 anni in corrispondenza della sezione idraulica n° AR0126.
Assumendo quindi un franco idraulico di 1 metro rispetto alla quota di piena duecentennale (che indicativamente è di poco inferiore rispetto alle sommità arginali di entrambe le sponde), in modo da favorire il passaggio di eventuali detriti, tronchi o altri materiali galleggianti trascinati a valle dalla corrente, la quota minima di sottotrave del ponte risulta pari a 10,57 m.s.l.m.
E’ doveroso osservare, come, potendo sfruttare le ampie golene è possibile invasare un notevole volume d’acqua tale da scongiurare il pericolo di esondazione in presenza di piene eccezionali. Tale vantaggio si perde avvicinandosi al centro della città, come sottolineato anche dall’Autorità di Bacino, la quale nella parte V del “PAI” (Piano di Assetto Idrogeologico) asserisce:
(...) Pisa ha tutto il centro storico perimetrato in classi di pericolosità elevata e molto elevata. La sezione fluviale all’interno della città, infatti, risulta non sufficiente a contenere l’evento trentennale.
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Il rischio di esondazione del fiume Arno in caso di piena viene però scongiurato grazie alla presenza di un’opera idraulica di importanza vitale per le città di Pisa, il “Canale Scolmatore”. Tale alveo artificiale ha origine subito a valle dell’abitato di Pontedera ed entra in funzione per una portata corrispondente al deflusso di 1650 m3/s, che è molto prossima a quella che non deve essere superata a Pisa. Esso è in grado di sfiorare fino a 900 m3/s, garantendo una livello idrometrico ed una portata nel tratto di valle dell’Arno pressoché costante.
Superamento dell’alveo di magra e scavalcamento degli argini maestri
La necessità di avere manufatti quanto meno invasivi possibile, rispetto all’area di deflusso del corso d’acqua, ha fatto si che fossero scartate a priori le soluzione ad arco a via superiore, a cavalletto e quella a travata, con pile nell’alveo di magra. La scelta della struttura per il superamento dell’alveo di magra, che, nell’ansa in cui viene realizzato il ponte, è largo circa 100-105 metri, richiedeva, dunque, luci minime di almeno 120 metri per poter andare a fondare in zone che stessero all’asciutto per la maggior parte del tempo. Ampie luci erano anche consigliate dall’alto costo delle fondazioni, oltreché per limitare i fenomeni di scalzamento (e gli aggravi economici che questi comportano) che si verificherebbero realizzando pile nel letto del fiume.
Per quanto riguarda il rispetto del franco idraulico necessario, la Norma [NTC 2008-§5.1.2.4] dice chiaramente che non può essere ottenuto mediante il sollevamento del ponte durante la piena. L’idea, quindi, di un accesso diretto dalla golena con rampe sollevabili per impedire l’accesso al ponte in caso di piena, non può essere presa in considerazione. Vi è pertanto la necessità di un viadotto che consenta di mantenere il piano viabile ad una quota tale da garantire il deflusso della piena duecentennale fino allo scavalcamento dell’argine maestro. A tal proposito, non si sono riscontrati vincoli idraulici particolari per il viadotto in golena destra, se non quello di avere un numero limitato di sostegni per non ingombrare troppo l’alveo di piena.
Erosione e scalzamento
Essendo il ponte realizzato in corrispondenza di un’ansa fluviale, è necessario prevedere un sistema di protezione della sponda concava (Riglione) allo scopo di evitare fenomeni erosivi, che potrebbero favorire lo scalzamento della fondazione della pila che si trova su tale sponda. Tale protezione può essere ottenuta utilizzando scogliere in massi ciclopici, oppure dei gabbioni metallici a celle multiple riempiti di pietrame (vedi Officine Maccaferri Italia).
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2.1.2. Vincoli architettonici
Sono legati alla destinazione d'uso del ponte e alla sua categoria e possono condizionare le caratteristiche geometriche della sezione trasversale dell'impalcato e del profilo altimetrico della struttura. In questo caso si tratta di un ponte di 3a Categoria utilizzato da pedoni e ciclisti (solo in via del tutto emergenziale può essere consentito il transito ad un mezzo di soccorso).Questi utenti devono fare affidamento sulle proprie prestazioni fisiche e quindi i principali vincoli sono quelli legati alla limitazione delle pendenze longitudinali sia dell’opera di attraversamento sia delle rampe di accesso. Nel caso di una passerella pedonale, quindi, il vincolo principale è costituito dai limiti imposti dalla normativa alla pendenza delle rampe d'accesso e ai dislivelli massimi che possono essere superati mediante rampe inclinate senza l'aiuto di dispositivi supplementari quali ascensori, montascale etc. Anche l'eventuale pendenza longitudinale del ponte, nel caso che le spalle non siano alla stessa quota, deve rispettare tali limiti.
In particolare, 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: iL < 8.0%
- pendenza trasversale: it < 1.0%
- larghezza minima necessaria per consentire l'incrocio di due persone: L = 1.50 m
- altezza minima libera da ogni ostacolo (aggetti, segnaletica etc.) a partire dal piano di calpestio: H = 2.10 m
Ricordiamo che occorre tenere presente anche l'ingombro dei cordoli necessari per delimitare il percorso o per inserire dispositivi di sicurezza quali barriere di ritenuta, parapetti etc.
In materia di piste ciclabili inoltre il d.m. 557/1999 Regolamento recante norme per la definizione delle caratteristiche tecniche delle piste ciclabili all’art.7 recita “ Tenuto conto degli ingombri dei ciclisti e dei velocipedi, nonché dello spazio per l'equilibrio e di un opportuno franco laterale libero da ostacoli, la larghezza minima della corsia ciclabile, comprese le strisce di margine, è pari ad 1,50 m; tale larghezza è riducibile ad 1,25 m nel caso in cui si tratti di due corsie contigue, dello stesso od opposto senso di marcia, per una larghezza complessiva minima pari a 2,50 m”.
In virtù di quanto elencato, è stata fissata per il progetto in esame, una larghezza netta dell’impalcato pari a 3,70 m, garantendo abbondantemente i minimi normativi imposti e consentendo agilità di manovra all’eventuale mezzo di soccorso che vi dovesse transitare, tenuto conto del fatto che la larghezza di una moderna ambulanza è pari a 2,05 metri.
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2.1.3. Vincoli tecnici legati al sito
Rientrano in questa categoria tutti i problemi legati alla possibilità di utilizzare o meno certe tecniche costruttive in relazione alla facilità di accesso al luogo con macchinari, mezzi pesanti etc.. Nella mappa riportata di seguito sono evidenziati i punti di accesso al sito.
Figura 2.5-Individuazione dei punti di accesso al sito di cantiere.
Nel nostro caso la zona in riva destra, è facilmente raggiungibile mediante la strada (di recente realizzazione) di accesso al parcheggio dell’ospedale da cui è possibile entrare in golena in maniera particolarmente agevole senza ostacoli di qualsivoglia natura. La strada sterrata golenale (evidenziata in giallo in Fig.2.5 e visibile in Fig.1.13) condurrà, quindi, al punto di realizzazione della spalla destra del ponte in corrispondenza del quale sarà ubicato il cantiere. È quindi agevole portare in loco, ad esempio, la gru per il sollevamento e il montaggio a sbalzo dei conci preassemblati oppure i macchinari necessari alla trivellazione di pali di fondazione.
L’accesso al sito in riva sinistra, è un pochino meno agevole per la presenza di case situate spesso in adiacenza all’argine maestro. Escludendo, quindi, il transito da via Malatesta, (evidenziata in rosso in Fig.2.5) particolarmente stretta e densamente abitata, l’accesso senz’altro migliore è quello da via R Gemignani (celeste), che costeggia l’argine maestro, fino ad una biforcazione da cui si può accedere direttamente in golena in un punto molto prossimo al sito di cantiere.
21 Figura 2.6- Strada golenale in riva sinistra con accesso da via Gemignani.
2.2. Scelte progettuali
Quando abbiamo iniziato il progetto di questa passerella, in linea generale, non avevamo scartato a priori nessun tipo di soluzione strutturale. Tuttavia già un primo esame dei principali vincoli descritti precedentemente ci ha portato ad escludere le soluzioni di ponte ad arco a via superiore, di
ponte a struttura reticolare a via superiore ,di ponte a cavalletto e di ponte a travata con pile nell’alveo di magra, ossia tutte tipologie che hanno la struttura portante al sotto del piano viario.
Inattuabile è ovviamente anche la soluzione di ponte a travata unica, che comporterebbe l’utilizzo di travi principali eccessivamente grandi data l’elevata luce in gioco.
I ponti a via inferiore, al contrario permettono di limitare al massimo l’ingombro delle strutture poste tra il piano viario e l’ostacolo da passare, aspetto che nel progetto in esame è prioritario come già visto in precedenza; per contro hanno l’inconveniente di richiedere una larghezza complessiva maggiore di quella necessaria alla strada, cosa che, in questo caso, non rappresenta un problema particolarmente significativo.
Un altro obiettivo fortemente ricercato, inoltre, era quello di ottenere un impalcato il più sottile possibile essenzialmente per tre motivi:
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Estetico: grazie ad un impalcato snello e filiforme, riusciamo a minimizzare il più possibile l’impatto della struttura e contemporaneamente allargare la percezione d’orizzonte dello spazio visivo.
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. Per questo ridurre lo spessore dell’impalcato permette di ridurre la superficie libera esposta al vento.
Piano di calpestio relativamente basso sul piano di campagna: ricordiamo, infatti, che l'intradosso della passerella, dovendo rispettare un franco minimo di 1.00 m rispetto al livello di massima piena, si attesta ad una quota di +10.57 m.s.l.m, ossia 0.47 m più in alto della sommità media del rilevato arginale (+10.10 m s.l.m.). Poiché il piano campagna si trova mediamente a +7.8 m s.l.m., abbiamo già un dislivello complessivo di 2.77 m, a cui si deve aggiungere lo spessore dell'impalcato e che dovrà essere superato mediante rampe di accesso inclinate. E’ evidente, quindi, che tanto minore è lo spessore dell’impalcato (ossia l’altezza delle travi principali) tanto più avremo un dislivello complessivo accettabile con rampe non troppo ripide o estese.
Abbiamo così ristretto il campo a tipologie, in cui la struttura portante sta al di sopra dell'impalcato oppure è tutt'uno con esso. Vediamo, qui di seguito, molto rapidamente, alcune di esse, tra cui i ponti a struttura reticolare a via inferiore, ponti sospesi o strallati, ponti ad arco a via inferiore.
2.2.1. Ponte a struttura reticolare a via inferiore
Questa tipologia strutturale, ha trovato la sua fortuna nei ponti ferroviari perché permette di raggiungere altezze elevate a parità di materiale, ottenendo così una struttura relativamente leggera ma rigida. Quest’ultima caratteristica è fondamentale nei ponti ferroviari, dove anche deformazioni modeste possono mettere a rischio la sicurezza del transito. Nei ponti stradali, ed a maggior ragione in quelli pedonali, si ha, invece, a che fare con carichi minori e questa soluzione è economicamente sconveniente, preferendogli la soluzione a parete piena. Oltre a questo, è apparsa, da subito, una soluzione antiestetica soprattutto per la sua non indifferente altezza. Le travature reticolari, risultano piuttosto "pesanti" dal punto di vista estetico, non soltanto per un osservatore lontano, posto ad esempio sull'argine, ma anche per un utente del ponte, che si troverebbe per così dire "ingabbiato",
23 circondato da tutti i lati da elementi metallici di dimensioni certamente non trascurabili, come invece possono essere i cavi di sospensione di un ponte ad arco o strallato. Tutte queste considerazioni, ci hanno fatto ritenere poco adatta questo tipo di soluzione al nostro progetto.
2.2.2. Ponte ad arco a via inferiore
Questa soluzione in effetti è apparsa subito più competitiva per la maggiore leggerezza strutturale rispetto alla soluzione reticolare. Inoltre, questo genere di ponti offre da sempre soluzioni interessanti per il superamento di luci medio-grandi (50m ÷200m), quindi abbiamo valutato attentamente la possibilità di farvi ricorso nel nostro caso.
L’arco, per definizione, è un elemento strutturale ad asse curvilineo soggetto prevalentemente a sforzi normali di compressione. Gli archi fanno parte delle strutture spingenti, cioè di sistemi che in presenza di soli carichi verticali comportano componenti orizzontali delle reazioni diverse da zero.
In linea di massima il rapporto freccia/luce oscilla tra 1/5 ÷ 1/10; più si riduce tale rapporto più l’arco diventa spingente (ciò vale fino ad un determinato valore di f/l oltre il quale la reazione orizzontale si riduce bruscamente fino a zero, altrimenti avremmo l’assurdo che per la trave, caso limite di arco con freccia nulla, la spinta assumerebbe il valore infinito) mentre per valori elevati di f/l l'effetto estetico risulta negativo. Queste strutture, quindi, trasmettono al suolo, generalmente, grandi azioni orizzontali che richiedono fondazioni molto impegnative, oltre che terreni particolarmente resistenti. E’, in definitiva, l’entità della spinta associata alla qualità del terreno che determina la fattibilità dell’arco.
Nel nostro caso il terreno di fondazione, come sarà analizzato più approfonditamente al Capitolo 10, non è particolarmente buono. Citando la relazione geotecnica “la problematica
principale è collegata alla presenza di argille mediane che devono essere considerate materiali di pessime caratteristiche meccaniche sotto il profilo della compressibilità”.
Ricorrendo ad un arco a spinta eliminata, usando l'impalcato come tirante, sarebbe stato possibile aggirare l’inconveniente del terreno non propriamente adatto. Tuttavia, per quanto ribassato potesse essere l’arco, si è preferito una soluzione di tipo strallato ritenuta più adatta al contesto. Oltre a questo la costruzione dei ponti ad arco necessita di opere provvisionali (centine) molto onerose dal punto di vista economico (motivo per il quale sono caduti in disuso).
Ultimamente, si è cercato di aggirare questo problema costruendo a sbalzo, per conci successivi i due semiarchi fino alla chiusura in chiave. Poiché le strutture parziali a sbalzo non sono in grado di resistere alle sollecitazioni che nascono in questa fase è necessario sostenerle con stralli
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provvisori: per questo motivo anche tale metodo risulta molto impegnativo, essendo necessario realizzare antenne provvisorie di sostegno, spesso in alveo (ingombrando la sezione idraulica), con le relative strutture di fondazione.
Figura 2.7- Schema di costruzione per conci successivi a sbalzo di un ponte ad arco a via superiore. Si osserva la presenza di strutture provvisorie di sostegno fondate in alveo.
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2.2.3. Ponte strallato
Scartata la soluzione di ponte sospeso, poiché le luci in gioco non sono tali da giustificare il ricorso a questa tipologia di opera eccezionale, ci siamo concentrati sulla soluzione strallata che ci è invece parsa da subito quella più convincente. Contrariamente agli usuali ponti automobilistici le passerelle pedonali sono strutture più leggere e flessibili i cui carichi di esercizio non sono molto significativi. Sebbene nasca tutta una serie di problematiche legate a fenomeni dinamici e deformativi, le scelte del progettista sono meno vincolate 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 terra
Disegno e forma degli stralli estremamente vari a partire dalle soluzioni-base ad arpa e a ventaglio.
Grazie a carichi non particolarmente elevati, come detto poc’anzi, il progetto di una strallatura sufficientemente fitta ci permette di ottenere un impalcato molto sottile e snello, con tutti i benefici che questo comporta, come abbiamo già visto. L'impatto visivo è abbastanza contenuto, perché gli stralli hanno comunque una sezione molto ridotta, praticamente invisibile alla distanza ed allo stesso tempo non schermano la vista del fiume sottostante a chi si trova sulla passerella.
Le antenna sono invece un elemento vistoso ma con un po’ di cura nel suo disegno architettonico essendo elementi alti e snelli, slanciati verso l'alto, non appesantiscono il paesaggio.
Infine il ponte strallato può essere costruito per conci successivi a sbalzo con il solo supporto degli stralli, senza ricorrere a centine, stilate o altre strutture provvisorie: è sufficiente prevedere uno schema di montaggio in cui vengono progressivamente assemblati i cavi di sospensione e di compensazione, in modo da minimizzare i momenti flettenti sulle antenne.
2.2.4. Materiali
Nella scelta della soluzione progettuale, nell’ottica di privilegiare opere e lavorazioni compatibili con l'ambiente naturale, minimizzando le opere di cementificazione, è stata valutata, inizialmente,
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l’ipotesi di realizzare una struttura in legno lamellare per quanto concernesse le membrature di impalcato e in acciaio per le parti in elevazione. Tuttavia l’idea è stata presto abbandonata, poiché le eccessive luci in gioco non consentivano l’utilizzo di questo materiale.
La scelta del materiale più logica è ricaduta, quindi, sia per le antenne sia per le travi di impalcato sull’ acciaio. Non a caso, infatti, nella progettazione dei ponti il campo delle luci medio grandi è sempre stato dominio dell’acciaio con numerose soluzioni possibili. Oltre a motivazioni tecniche, estetiche, l’introduzione di norme specifiche per la progettazione sismica dei ponti ha promosso indirettamente l’utilizzo di sistemi costruttivi in acciaio. Un impalcato in acciaio è infatti estremamente leggero e ciò si traduce in una ridotta massa sismica. E’, invece, evidente come un impalcato pesante, ad esempio in c.a.p., determini azioni sismiche particolarmente impegnative.
Altre ragioni, legate alla cantierizzazione, alla durevolezza, ed al minor impatto ambientale, hanno inoltre contribuito ad indirizzare le realizzazioni verso soluzioni in acciaio.
Un importante fattore, ad esempio, è legato all’interferenza del cantiere con l’ambiente circostante ed alle future opere di manutenzione della passerella. Gli elementi costituenti un ponte ciclopedonale in acciaio, nel caso in esame, antenne e travi di impalcato, vengono prefabbricati in officina, trasportati in situ e assemblati rapidamente, interrompendo la circolazione per tempi molto brevi, spesso solo per alcune ore durante la notte; è inoltre possibile intervenire più agevolmente in aree circondate da edifici, vegetazione, asperità del terreno.
Un altro aspetto molto importante è come un’accurata protezione degli elementi in acciaio dalla corrosione atmosferica permetta di limitare gli interventi di manutenzione, ottenendo opere di altissima durabilità.
Un tema, infine, che sta acquisendo sempre maggiore rilievo è quello legato alla sostenibilità. L’acciaio è il materiale da costruzione più riciclato, con una percentuale prossima al 100%, per cui, in quest’ottica la scelta della soluzione adottata risulta senz’altro vincente soprattutto in un opera pubblica come un ponte ciclopedonale.
2.2.5. Viadotto
Una volta individuata la tipologia strutturale ed i materiali dell’opera primaria, che unisce le due sponde del fiume Arno, l’attenzione è stata rivolta alla progettazione architettonica del viadotto che come abbiamo visto nei capitoli precedenti consente di superare un ampio tratto di golena che
27 separa la sponda destra del fiume dall’argine maestro costruito a protezione del quartiere di Cisanello.
Come già sottolineato ampiamente in precedenza in relazione al ponte strallato, un oggetto che emerge all'interno di una vista può essere classificato come un fulcro visivo, riconoscendogli un ruolo positivo nel dare riconoscibilità al paesaggio, oppure come un detrattore, ossia un elemento la cui alta visibilità genera un impatto negativo. Per questo motivo, era di primaria importanza, che anche il viadotto si integrasse in modo armonioso al contesto in cui veniva inserito, in modo da non essere percepito come elemento di disturbo, ma piuttosto di arricchimento e valorizzazione del paesaggio circostante. Quindi, una volta ritenuto soddisfacente l’inserimento del ponte strallato si è disegnato il viadotto in modo tale che le due opere non venissero percepite dall’osservatore lontano come due strutture a se stanti ma come un “unicum” architettonico, con l’uno la prosecuzione naturale dell’altro. Per questo, occorreva che lo spessore dell’ impalcato del viadotto, così come la colorazione e l’illuminazione, fossero simili a quelle del ponte centrale, amplificando l’effetto scenografico, percepito sia nella singolarità di ciascuna struttura, sia come insieme armonico, nella successione delle due sagome.
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3. DESCRIZIONE DELLO STATO DI PROGETTO 3.1. Caratteristiche finali della struttura
Riportiamo di seguito le caratteristiche finali dell’opera, ottenuta al termine del lungo iter progettuale; l’analisi dettagliata delle azioni, il dimensionamento, basato dapprima su semplici modelli bidimensionali e poi utilizzando modelli di calcolo più complessi, ed infine, le verifiche delle singole componenti strutturali, saranno analizzati nel dettaglio nei capitoli successivi.
La passerella ciclo-pedonale strallata ha una luce complessiva pari a 199 m, senza appoggi intermedi. E’ realizzata in carpenteria metallica e si presenta come un impalcato rettilineo, posizionato ad una quota tale da garantire un franco idraulico di un metro dall’intradosso durante la piena duecentennale.
Il livello della piena duecentennale raggiunge la quota di +9.57 m.s.l.m.m. e di conseguenza la quota di sottotrave è fissata a +10.57 m.s.l.m.m. Il piano di calpestio, è posto a +11.09 m s.l.m.m, così come la quota di sbarco su entrambe le sponde. L’accesso al ponte dal lato di Riglione avverrà mediante una rampa in rilevato che elevi la via di accesso dal piano campagna (+7.80 m.s.l.m.m.) alla quota di sbarco.
L’accesso al ponte dal lato di Cisanello avverrà mediante il viadotto, il cui piano di calpestio è nuovamente fissato alla quota di +11.09 m s.l.m.m, e a cui si accede percorrendo una rampa in rilevato, da realizzare a ridosso dell’argine maestro.
L’impalcato è sorretto da 26 coppie di stralli, disposte in un doppio piano verticale, a distanza di 4,86 m l’una dall’altra, e collegate a due antenne gemelle rastremate in carpenteria metallica.
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La struttura principale dell’impalcato è costituita da due travi composte saldate in acciaio S355 con sezione trasversale a cassone rettangolare di altezza pari a 520 mm, larghezza pari a 350 mm e spessore costante di 30 mm. I due correnti si trovano per l’intero sviluppo del ponte ad una distanza trasversale tra gli assi pari a 419 cm e sono connessi fra loro mediante traversi in profilo IPE 330 disposti a passo costante di 400 cm. Al di sopra dei traversi è prevista una soletta di 12 cm di spessore gettata su lamiera grecata resa collaborante mediante connettori a piolo di tipo Nelson. Il massetto e la pavimentazione, realizzata in materiale sintetico antiscivolo, costituiscono, infine, il piano viabile caratterizzato da una larghezza netta di 375 cm, così da garantire sia il transito ciclo-pedonale sia il passaggio eccezionale di un’eventuale mezzo di soccorso.
Figura 3.2- Sezione trasversale dell’impalcato.
Le travi in acciaio, realizzate con profili saldati simmetrici, sono composte da 25 conci di cui quello iniziale e finale hanno una lunghezza pari ad 11 metri, 3 conci a cavallo della mezzeria hanno una lunghezza pari a 6 metri, mentre quelli restanti intermedi hanno una lunghezza pari ad 8 metri, ossia uguale al passo degli stralli. I conci sono collegati tramite saldatura effettuata in cantiere a completa penetrazione, in modo da ripristinare le caratteristiche dei materiali saldati. E’ prevista inoltre la messa in opera di un controvento di montaggio, realizzato con un profilo angolare L60x60x6 e progettato per assorbire le azioni orizzontali indotte dal vento prima della realizzazione della soletta in c.a. Tale controvento verrà lasciato in opera anche a lavori ultimati.
31 Figura 3.3- Suddivisione in conci dell’impalcato.
Le antenne, posizionate su entrambe le sponde del fiume ad una distanza di 34 metri dall’appoggio dell’impalcato sulle spalle, sono costituite da profili composti saldati, in acciaio S355, di forma tronco-conica e spessore costante di 5 cm.
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La sezione circolare alla base dell’antenna ha un diametro di 150 cm e rastremandosi linearmente lungo l’altezza, raggiunge in sommità un diametro di 75 cm. La forma delle antenne è ad H e si sviluppa per un’altezza complessiva di 30 m, spiccando dal livello di imposta dell’impalcato di circa 25 m. Le antenne sono inclinate nel piano longitudinale di 75° rispetto all’orizzontale, in direzione del fiume, mentre nel piano trasversale presentano una variazione della verticalità di 4°, sino alla quota di 16 m dalla base, oltre la quale, le antenne riacquistano la verticalità. Ciò è stato fatto per poter permettere all’impalcato di passare interamente all’interno dell’antenna e allo stesso tempo permettere al piano di aggancio degli stralli di essere totalmente verticale, in modo cosi da non generare sforzo normale di compressione trasversale nell’impalcato.
Le antenne si attestano su pile monolitiche in calcestruzzo armato, aventi la funzione di portare il piano di appoggio, ad una quota superiore a quella raggiunta dalle acque durante eventi di piena caratterizzati da tempi di ritorno decennali.
Allo scopo di irrigidire l’antenna e di ridurre le sollecitazioni flessionali alla base sotto le azioni trasversali del vento e del sisma è previsto inoltre un sistema di controvento a V rovescia realizzato con profili tubolari di diametro 50 cm e spessore 3 cm.
Il sistema di sostegno è realizzato da 26 coppie (di cui 2 coppie sono di ancoraggio a terra), di cavi spiroidali Redaelli, contenuti in un doppio piano verticale, che partendo dai tubolari saldati al bordo dei correnti convergono alla sommità dell’antenna formando un sistema misto arpa-ventaglio. Il passo degli stralli lungo l’impalcato è di 8 m e la loro lunghezza varia da un minimo di 14 m ad un massimo di 58 m. Sono state utilizzate due famiglie distinte di diametri in funzione del ruolo statico demandato al cavo: Ø=32 mm per gli stralli di campata e Ø=72 mm per gli stralli di ormeggio a terra.
La disposizione dei vincoli, come illustrato nel layout riportato in Figura 3.5, prevede la presenza di guide longitudinale/chiavi di taglio nella zona in cui l’impalcato attraversa l’antenna in modo da non avere spostamenti ortogonali all’asse longitudinale della passerella in tali punti.
33 Su ciascuna delle due spalle sarà, invece, disposto sia un dispositivo di vincolo multidirezionale che uno unidirezionale longitudinale le cui caratteristiche saranno riportate nel Capitolo 9.
Le spalle sono del tipo monolitico in calcestruzzo armato, ovvero, elementi a tutta altezza dal piano campagna che accolgono il corpo del rilevato e sulla cui sommità vengono collocati gli apparecchi di appoggio della passerella. Sono composte da un muro frontale, a sezione rastremata, dal quale si aggetta un paraghiaia di spessore 40 cm e da due pareti laterali spesse 1,0 m che hanno la funzione di contenimento laterale del terreno e di ormeggio per lo strallo di riva.
Figura 3.6- Sezione longitudinale della spalla sinistra (Riglione).
La fondazione delle antenne e delle spalle è del tipo profondo con pali trivellati di grosso diametro ( 1,0 m e 0,8 m rispettivamente) collegati in sommità da una zattera di altezza 1,5 m tale da poter considerare la fondazione infinitamente rigida e quindi escludere la presenza di cedimenti differenziali.
In continuità al ponte strallato, sulla sponda destra del fiume, ossia dal lato di Cisanello, si realizzerà un viadotto che consentirà il superamento dell’ampia area golenale presente. La lunghezza complessiva del viadotto è pari a 114 m (Fig. 3.7). L’impalcato è sorretto da 5 pile in cemento armato poste ad una distanza pari a 19 metri l’una dall’altra. In corrispondenza dell’argine maestro, situato all’estremità dell’area golenale, si realizzerà, infine, una spalla monolitica anch’essa in cemento armato.
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Figura 3.7- Prospetto longitudinale e pianta del viadotto.
La struttura principale dell’impalcato è costituita da due travi composte saldate ad I, in acciaio S355, di altezza pari a 700 mm e larghezza della piattabanda pari a 260 mm. I due correnti longitudinali sono posti ad una distanza di 419 cm l’uno dall’altro e sono connessi fra loro mediante traversi in profilo IPE 330 disposti a passo costante di 380 cm. Il pacchetto sovrastante è identico a quello previsto sul ponte strallato: soletta di 12 cm gettata su lamiera grecata collaborante, massetto per le pendenze e pavimentazione realizzata in materiale sintetico antiscivolo.
35 Il sistema di vincolo imposto all’impalcato è di tipo tradizionale (“layout classico”) ed è riportato in Fig. 3.9. Esso prevede la presenza dell’appoggio fisso sulla spalla destra, in modo da limitare l’impegno flessionale delle pile e di conseguenza il loro spessore, così da rendere minimo l’ostacolo al deflusso della corrente. E’ bene precisare che, comunque, un’aliquota orizzontale longitudinale dello sforzo, graverà anche sulle pile, a causa delle azioni parassite che nasceranno a causa dell’attrito, seppur minimo, presente tra le superfici a contatto dei dispositivi di vincolo mobili.
Figura 3.9- Layout vincoli.
La spalla destra è composta da un muro frontale spesso 1,0 m, dal paraghiaia spesso 40 cm e da due muri di risvolto, che hanno la funzione di contenere lateralmente il terreno, anch’essi di spessore pari a 40 cm. La fondazione è costituta da 4 pali trivellati, di diametro 0,8 m e lunghezza pari a 25 m, vincolati in testa da una zattera di fondazione spessa 1,2 metri.
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Le pile che sostengono il viadotto, sono alte 2,9 m ed hanno una sezione trasversale rastremata con spessore alla base pari a 40 cm.
La fondazione è costituita da 4 pali, da 0,5 m di diametro e lunghezza pari a 16 metri, vincolati in sommità da una zattera di fondazione di altezza 0,7 m.
Figura 3.11- Vista longitudinale e vista trasversale della generica pila a sostegno del viadotto.
3.2. Caratteristiche dei materiali
Riportiamo di seguito le caratteristiche principali dei materiali utilizzati:
U.D. GEO DRENA System per pavimentazione
U.D. Geo Drena è un sistema eco-compatibile, drenante, traspirante con inerte naturale a vista. L’interposizione di una membrana poliuretanica, tra il sottofondo e il sistema, favorisce il deflusso delle acque meteoriche drenate verso le canaline senza la formazione di ristagni d’acqua.
Viene applicato direttamente sulla soletta in calcestruzzo garantendo una superficie antisdrucciolo in presenza di pioggia o gelo e resistente anche ad elevate sollecitazioni meccaniche ed escursioni termiche.
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Spessore medio 10 mm
Colore a campione
Coefficiente di attrito > 0.40 pavimentazione asciutta o bagnata
Modulo elastico (DIN 1048) 15000 N mm 2
Resistenza a compressione (DIN EN 196) 65 N mm 2 Coefficiente di permeabilità k 2 10 3
Resistenza alla temperatura (all’aria) -20°C ÷ 60°C
Tabella 3.1- Caratteristiche tecniche del prodotto U.D.GEO DRENA System.
Calcestruzzo C32/40 per zattera di fondazione, pile, spalle e soletta d’impalcato
La scelta di tale calcestruzzo (Prospetto 3.1 EC2 e Tabella 4.1.I NTC’08) è stata dettata principalmente da ragioni di durabilità, in quanto sia le pile sia le spalle ed in parte anche l’impalcato sono esposte periodicamente all’acqua senza alcuna protezione, e rientrano pertanto nella classe di esposizione XC4. Le classi di esposizione sono individuate in base alle indicazioni contenute nella norma UNI EN 206 −1:2006.
Tabella 3.2- Classi di esposizione in relazione alle condizioni ambientali.
Come è possibile vedere in Tabella 3.3, per tale classe di esposizione è richiesta una resistenza minima Rck pari a 37 N/mm2.
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Tabella 3.3- Valori minimi raccomandati per la composizione del calcestruzzo. Riportiamo in Tabella 3.4 le caratteristiche principali del cls C32/40
Resistenza caratteristica a compressione su provini cubici
2
40 ck
R N mm
Resistenza caratteristica a compressione fck 32N mm2 0,83Rck
Resistenza di calcolo a compressione fcd cc
fck c
0,85 32 1,5
18,13N mm2Resistenza media a trazione
23 20,3 3, 0
ctm ck
f f N mm
Resistenza caratteristica a trazione fctk 0, 7 fctm 2,1N mm2
Resistenza a trazione di progetto fctd ct
fctk c
1, 0 2,1 1,5
1, 4N mm2Modulo elastico secante 22000
8 10
0,3 33345 2c ck
E f N mm
Coefficiente di Poisson 0,15
Coefficiente di dilatazione termica 1, 0 10 5C1
Peso specifico 2500 kg m3
Tabella 3.4- Caratteristiche principali del calcestruzzo C32/40.
Calcestruzzo C25/30 per pali di fondazione
Per i pali di fondazione è stata assunta una classe di esposizione XC2 (Tabella 3.2) trovandosi a contatto con l’acqua per lungo tempo. Le caratteristiche principali del materiale sono riportate in Tabella 3.5
Resistenza caratteristica a compressione su provini cubici
2
30 ck
39 Resistenza caratteristica a compressione fck 25N mm2 0,83Rck
Resistenza di calcolo a compressione fcd cc
fck c
0,85 25 1,5
14,17N mm2Resistenza media a trazione 0,3
23 2,56 2ctm ck
f f N mm
Resistenza caratteristica a trazione fctk 0, 7fctm 1, 79N mm2
Resistenza a trazione di progetto fctd ct
fctk c
1, 0 2,1 1,5
1,19N mm2Modulo elastico secante Ec 22000
fck 8 10
0,331475N mm2Coefficiente di Poisson 0,15
Coefficiente di dilatazione termica 1, 0 10 5 C1
Peso specifico 2500 kg m3
Tabella 3.5- Caratteristiche principali del calcestruzzo C25/30.
Acciaio B450 C per l’armatura delle strutture in c.a.
Le caratteristiche principali di questo tipo di acciaio (3.2.2(3) EC2 Appendice Nazionale e 11.3.2 NTC’08) sono riportate in Tabella 3.6.
Tensione caratteristica di snervamento fyk 450N mm2
Tensione di snervamento di progetto fyd fyk s 450 1,15 391,3 N mm2 Tensione caratteristica di rottura ftk 540N mm2
Modulo elastico E200 000 N mm2
Coefficiente di Poisson 0, 30
Coefficiente di dilatazione termica 1, 2 10 5C1
Peso specifico 7850 kg m3
Tabella 3.6- Caratteristiche principali dell’acciaio da armatura B450 C.
Acciaio S355 (ex Fe 510) per la carpenteria metallica
Le caratteristiche principali di questo tipo di acciaio sono riportate in Tabella 3.7. Tensione caratteristica di snervamento fyk 355N mm2
Tensione di snervamento di progetto fyd fyk s 355 1, 05 338,1 N mm2 Tensione caratteristica di rottura a trazione ftk 510N mm2
40
Modulo elastico E210 000 N mm2
Coefficiente di Poisson 0, 30
Coefficiente di dilatazione termica 1, 2 10 5C1
Peso specifico 3
7850 kg m
Tabella 3.7- Caratteristiche principali dell’acciaio da carpenteria metallica S355.
Stralli
Si utilizzano funi spiroidali Redaelli costituite da fili di acciaio armonico ad alta resistenza zincati a caldo le cui caratteristiche principali sono riportate nella Tabella 3.8.
Tensione resistente di progetto fyd 940N mm2
Tensione minima di rottura a trazione ftk 1550N mm2
Modulo elastico E165 000 N mm2
Tabella 3.8- Caratteristiche principali dell’acciaio armonico con cui sono realizzate le funi spiroidali.
Lamiera grecata HI-BOND in acciaio zincato S280 GD
Le caratteristiche principali di questo tipo di acciaio sono riportate in Tabella 3.9. Tensione caratteristica di snervamento fyk 280N mm2
Tensione di rottura a trazione ftk 360N mm2
Modulo elastico E210 000 N mm2
Tabella 3.9- Caratteristiche principali dell’acciaio S 280 GD.
Connettori a taglio di tipo Nelson in acciaio C450
Le caratteristiche principali di questo tipo di acciaio sono riportate in Tabella 3.10. Tensione caratteristica di snervamento fyk 350N mm2
Tensione di rottura a trazione ftk 450N mm2
Modulo elastico E210 000 N mm2
