Capitolo 3
3. CASO STUDIO
3.1 Oggetto della Tesi
Oggetto della tesi è l ‘elaborazione di un progetto definitivo di una passerella ciclo-pedonale a nastro teso situata in Provincia di Firenze collegante le due sponde dell’Arno nei pressi della stazione ferroviaria di San Donnino.
L’argomento di tesi si è definito tra il sottoscritto, il Dott. Ing. Daniele Lucchesi, il Prof. Pietro Croce con la collaborazione del Direttore Generale della Provincia di Firenze, che ha fornito gli elaborati e relazioni tecniche necessarie per lo sviluppo di un progetto alternativo alla soluzione già progettata.
La passerella che funge da collegamento fra San Donnino e Badia a Settimo è un’opera cruciale nel sistema della mobilità dolce lungo l’Arno in Provincia di Firenze. L’intervento è localizzato in corrispondenza di un tratto di Arno storicamente utilizzato come passaggio fra le due sponde dove era posizionata una passerella in legno e un sistema di trasporto tramite traghetto.
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L’ opera in progetto ha come obiettivo consentire il collegamento tra la fermata ferroviaria di San Donnino, posta al confine tra i Comuni di Campi Bisenzio e Signa in riva destra dell’Arno, e le frazioni di Badia a Settimo e San Colombano poste in riva sinistra, nel Comune di Scandicci.
Il progetto nasce dall’intento di arricchire ed adeguare il percorso del quotidiano che i cittadini percorrono per recarsi a lavoro o per raggiungere i luoghi desiderati. Quindi risulta un’opera di fondamentale importanza poiché collegherà la piana di Settimo con la stazione ferroviaria di San Donnino, e quindi con Firenze in un tempo di appena 13 minuti.
L’ opera in oggetto consiste nella realizzazione di un ponte pedonale e ciclabile per una lunghezza complessiva prevista di circa 180 m, che poggia su due spalle alle estremità disbarco sulle due sponde dell’Arno e su una sola pila intermedia, collocata ad una distanza di 68 metri dalla spalla sinistra idraulica del fiume (lato Badia a Settimo). La campata maggiore è di 112 m. di lunghezza e si colloca in destra idraulica del fiume (lato stazione ferroviaria S. Donnino).
3.2 Il sito in esame
Il sito oggetto dell’intervento si trova a Firenze e comprende la fermata di San Donnino (posta al confine territoriale dei Comuni di Campi Bisenzio e Signa, in riva destra del fiume Arno) e anche le frazioni di Badia a Settimo e San Colombano, poste nel comune di Scandicci in riva sinistra del fiume.
Lo studio preliminare ha previsto la raccolta dei dati su base toponomastica e delle fotografie aeree, al fine di definire lo stato di fatto delle conoscenze geomorfologiche del territorio. La fermata di San Donnino (comune di Campi Bisenzio) è ubicata sulla linea
Firenze-Pisa tra la fermata Le Piagge ed il Bivio Renai al km.12+020 della linea Firenze Pisa. La fermata è oggi interessata da un servizio ferroviario che la colloca nell’attuale dotazione infrastrutturale del Servizio Regionale Metropolitano.
3.3 Descrizione del progetto originale
Gli interventi consistono in una passerella ciclo-pedonale e in un parcheggio scambiatore con elementi di corredo. Tali opere di progetto hanno come obiettivo di consentire il collegamento tra la fermata di San Donnino, posta sul comune di Comuni di Signa confine con quello di Campi Bisenzio in destra d’Arno, e la frazione di Badia a Settimo posta in riva sinistra dell’Arno, nel Comune di Scandicci. La passerella collegando le due rive risulterà funzionale
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anche al parco fluviale dell’Arno, quale collegamento tra gli esistenti percorsi ciclo – pedonali del comprensorio.
Il parcheggio scambiatore (con una capacità complessiva per circa 80 auto), viene ritagliato attraverso l’allargamento dell’attuale viabilità che collega Badia a Settimo con la sponda dell’Arno (Via del Botteghino). Sono inoltre previsti sia il verde (a corredo dell’area a parcheggio) che una pista ciclo – pedonale e relativo marciapiede al fine di rendere raggiungibile il parcheggio stesso con il punto di sbarco della passerella in sinistra idraulica d’Arno. L’opera presenta un profilo sottile con un impalcato a cassone, abbinato ad una leggera curvatura.
Gli appoggi dell’impalcato sono realizzati in calcestruzzo cementizio armato.
La scelta progettuale si basa su essere il meno invasiva possibile sul territorio. La particolare struttura in metallo è stata effettuata in base all’esigenza di realizzare gran parte del manufatto in officina e di poterlo montare in sito senza grandi trasformazioni ed impatti per l’area circostante.
Le aree interessate all’opera sono attualmente utilizzate per una parte come terreno agricolo e una parte è occupata dalle rive e dalla vegetazione naturale. La loro proprietà è quindi per una parte privata, e sarà l’oggetto di un esproprio per pubblica utilità, la restante è di demanio pubblico.
L’intervento si trova in prossimità del vincolo indiretto legato alla vicinanza di un bene di notevole interesse vincolato della Badia a Settimo. Si è a tal proposito verificato che sia il parcheggio che la passerella possono essere realizzati senza creare interferenza rispetto a tal previsione. La nuova passerella sul fiume Arno presenta un impianto strutturale tipico dei ponti di media luce. Lo schema statico è del tipo a trave continua su tre appoggi con luci
113,60 m in sponda sinistra per un totale di attraversamento pari a 180,80 .
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La struttura è ad asse pressoché rettilineo con sezione trasversale variabile partendo dall’appoggio centrale a massima inerzia riducendosi via fino ai due appoggi laterali. La sezione trasversale presenta variabilità sia nei riguardi dell’altezza sia nella larghezza della soletta superiore con valori compresi tra 4,00 e 6,00 m.
Figura 4: Vista delle varie sezioni trasversali
La tipologia strutturale prevista è del tipo misto in acciaio calcestruzzo con trave metallica e soletta in c.a. superiore collaborante. Lo schema vincolare della struttura è rappresentato da cerniere cilindriche scorrevoli sui due appoggi di estremità e fissa in corrispondenza dell’appoggio intermedio. I tre i punti di appoggio sono pienamente efficienti per il contrasto di sollecitazioni torsionali. Le sottostrutture sono costituite da due spalle e da una pila centrale in c.a. monolitico. Le due spalle sono del tipo immerso nell’argine in modo da limitare, per quanto possibile, l’alterazione della forma arginale originaria. La pila centrale, come si vede lalla Figura 4 è di tipo massiccio, è conformata secondo un preciso intento architettonico e costituisce un punto di appoggio di piena efficienza verso le azioni del ponte comunque dirette. Le opere di fondazione sono costituite da sistemi di pali di grande diametro,
150 cm, spinti fino allo strato portante e in grado di raccogliere tutte le azioni d’impalcato.
Figura 5 : sezioni della pila
Il comportamento strutturale dove essere sviluppato sia per la parte statica sia per la parte dinamica in modo da evitare le situazioni di vibrazioni che influiscono negativamente sulla funzionalità della struttura. I materiali previsti sono i seguenti:
Calcestruzzo per pali di fondazione per i pali C25/30 con classe di esposizione XC2;
Calcestruzzo per le sottostrutture C32/40 con classe di esposizione XF1;
Calcestruzzo per la soletta d’impalcato C35/45 con classe di esposizione XF2-XF4;
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Acciaio per precompressione in trefoli 0,6”s 1670/1860; Acciaio da carpenteria tipo S355 J2;
Le normative da considerare per la verifica strutturale sono costituite dalle NTC 2008 e s.m.i.
Le azioni da prendere in considerazione per le verifiche della sicurezza e della funzionalità sono:
normali azioni previste dal NTC 2008;
passaggio di mezzo di soccorso o di manutenzione; urto di materiale galleggiante sulle pile;
Per le azioni derivanti da fenomeni atmosferici si dovrà prevedere piene del fiume Arno con tempo di ritorno di 200 anni;
variazioni di temperatura tra +25 e -25;
Per la verifica di funzionalità si dovrà considerare il passaggio di singole persone al passo o in corsa e evitare fenomeni di lock-in trasversali o eccessive vibrazioni verticali e/o orizzontali.
La rampa di accesso alla passerella sarà realizzata con struttura in cemento armato. Dalla fondazione superficiale a travi rovesce a graticcio spicca il sistema pilasti-travi che sostiene le rampe a soletta portante in cemento armato.
Le caratteristiche dei materiali impiegati (acciaio e cls) sono analoghe a quelle delle strutture portanti della passerella. Anche le azioni considerate sono analoghe a quelle previste per la passerella in considerazione del fatto che la struttura è caricata dallo stesso tipo di azioni ed attraversata dallo stesso tipo di mezzi ed utenza (pedoni, ciclisti, mezzi di soccorso e/o manutenzione), pertanto per ponti di 3° categoria con schemi di carico di tipo 4 (folla compatta
Si riporta di seguito alcuni rendering realizzati dai tecnici della provincia di Firenze.
Figura 6: Vista delle varie sezioni trasversali
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Figura 8: Vista delle varie sezioni trasversali
3.4 Descrizione della passerella a nastro teso
In virtù di quanto sopra riportato la presente progettazione preliminare ha analizzato diversi scenari relativi alla progettazione della passerella ciclo-pedonale fino a prendere in considerazione la soluzione di ponte a nastro supportato da cavi.
La passerella è lunga 180 m ed suddivisa in due luci, prendendo come riferimento il lato di Badia a Settimo, la 1° va da sinistra verso destra per 68 m qui si trova la pila e poi si parte con la 2° lunga 112 m che arriva alla sponda lato San Donnino.
La geometria del nastro teso è definita mediante l’equazioni di due curve, dal punto di vista matematico sono di tipo parabolico di grado secondo. L’asse della passerella quindi è stato determinato risolvendo due sistemi ciascuno composto da 3 equazioni di grado secondo per determinare l’equazione di una parabola passante per 3 punti noti, che sono quota della spalla sinistra e destra, abbassamento in mezzeria e quota in testa della pila. Per il 1°
M = Z = X = = : è la quota assoluta rispetto al livello del mare della spalla sinistra; : è la quota assoluta rispetto al livello del marein mezzeria della parabola legata alla freccia; : è la quota assoluta rispetto al livello del mare in testa alla pila; M = ( = 0) = 0 ( = 0) = 0 ( = 0) = = 2 = 34 =2 = 34 ( = 0) = ( = ( ) ) = 68 ( = ) = 68 ( = 0) = X =
Per cui il sistema è risolto mediante quest’ultimo passaggio:
X = M · Z
L’equazione della parabola risulta:
( ) = + +
Allo stesso modo si è operato con il secondo tratto di lunghezza = 112
________________________________________________________________________________ M = Z = X = = : è la quota assoluta rispetto al livello del mare della spalla destra; : è la quota assoluta rispetto al livello del marein mezzeria della parabola legata alla freccia; : è la quota assoluta rispetto al livello del mare in testa alla pila; M = ( = ( ) ) = 180 ( = ) = 18 0 ( = 0) = = 2 = 124 =2 = 124 = ( = ( ) ) = 68 ( = ) = 68 ( = 0) = X =
Per cui il sistema è risolto mediante quest’ultimo passaggio:
X = M · Z
L’equazione della parabola risulta:
A questo punto si è scelto di analizzare 3 soluzioni diverse variando le quote delle spalle, la quota in testa della pila e le rispettive frecce.
Come si vede nella figura sottostante abbiamo ottenuto i seguenti risultati.
Figura 9 : Caratteristiche geometriche della 1°,2°e 3° soluzione
Studiate le tre soluzioni si è deciso di approfondire la 2°, per cui la
parabola di sinistra ha una freccia in mezzeria pari a = 0,497
mentre quella di destra ha una freccia di = 1,350 . Una volta
nota la geometria ci siamo concentrati sulla forma della sezione la quale ha un design particolare che risponde alle nostre esigenze strutturali e funzionali.
Come si vede dalla Figura 10 la sezione ha questa forma per tutto lo sviluppo del ponte, il colore grigio chiaro indica la forma vergine della sezione ovvero quella prefabbricata, mentre il grigio più scuro indica il cls gettato in opera per proteggere le funi portanti e per unificate tutto il nastro.
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Figura 10: Caratteristiche geometriche dell’impalcato
Come si può notare si hanno vari spazi all’interno del cls che sono
adibiti per:
I sei spazi più esterni sono adibiti al posizionamento delle funi portanti ovvero le funi in acciaio che hanno funzione portante sia per il montaggio che per i carichi del ponte non in servizio;
I 10 fori centrali servono il passaggio, tesatura ed iniezione dei cavi di post-tensione ovvero i cavi formati da più trefoli tesi che hanno funzione portante per i carichi dovuti al servizio;
Le due cavità più esterne servono per unire e centrare i conci durante il montaggio;
I conci hanno dimensione variabile in funzione della loro posizione quindi i conci posizionati a sinistra della pila hanno dimensioni 3,40m, mentre a destra della pila hanno dimensioni di 3,20m in modo da poter assecondare la curvatura dell’asse ed essere trasportato dallo stabilimento al cantiere in modo agevole.
La pila si può schematizzare strutturalmente come un’asta con sella scorrevole in testa ed incastrata alla base, si eleva in altezza per 10,60m. La pila ha una forma molto assottigliata, con dimensione minore nel senso di percorrenza dell’acqua del fiume, garantendo proprietà idrodinamiche al fine di non modificare l’assetto idraulico dell’Arno.
La pila è collegata ad una zattera di fondazione importate che a sua volta unisce tutte le teste dei 24 micropali di fondazione con
diametro di 33,4 .
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Le fondazioni delle spalle sono un’opera sempre importante nei ponti, in particolare in questo caso sono realizzate con la messa in opera di batterie di micropali inclinati tali da resistere agli elevati sforzi orizzontali dovuti ai tiri delle funi e dei cavi di trazione e compressione.
Figura 12: sezione longitudinale della fondazione
3.5 Normativa di riferimento
Nel redigere il presente progetto si è fatto riferimento alle seguenti norme:
Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al DM 14/01/2008;
Circolare Applicativa: Istruzioni per l’applicazione delle “Norme tecniche per le costruzioni di cui al DM 14 gennaio 2008”;
Eurocodice 2 “Progettazione delle strutture di
calcestruzzo”;
Eventuali riferimenti a normative differenti rispetto quelli sopra citati saranno indicati ove utilizzati.
3.6 Materiali utilizzati
Il ponte è costruito in parte in cemento armato ed in parte in acciaio. A seconda dell’elemento considerato si avranno classi di calcestruzzo differenti e tipologia di acciai diversi, come indicato nelle note degli elaborati grafici.
Acciaio ordinario per armatura lenta B450; Funi spiroidali chiuse in acciaio;
Cavi a precompressione in acciaio; Cemento prefabbricato C 55/60; Cemento gettato in opera C 35/40; Cemento da fondazioni C 28/35;
Per la carpenteria metallica è stato utilizzato un acciaio di tipo S355 J0 (conforme alle prescrizioni presenti nelle NTC2008-11.3) come indicato nelle note degli elaborati grafici. Si riassumono di seguito le caratteristiche del materiale utilizzato in figura.
Figura 13: Caratteristiche dell’acciaio [NTC2008]
Per l’acciaio S355 i valori della tensione caratteristica a rottura
f = 510MPa e tensione caratteristica di snervamento f = 355MPa
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mentre per elementi di spessore maggiore valgono rispettivamente 335MPa e 470MPa.
Funi spiroidali chiuse in acciaio
Si sono utilizzate funi i chiuse prodotte da Redaelli Engineering. Si riporta di seguito in figura la scheda tecnica che riassume le caratteristiche e proprietà dei materiali:
Cavi da precompressione in acciaio
Si è utilizzato cavi composti da trefoli di diametro 0,6” composti di 7 fili ciascuno prodotte da DYWIDAG. Si riporta di seguito la scheda tecnica che riassume le caratteristiche e proprietà dei materiali:
Figura 15: Caratteristiche dell’acciaio per post-tensione
Calcestruzzo
Per i vari parametri identificativi delle caratteristiche meccaniche del cls basta osservare la tabella sotto riportata:(tabella C.1.I delle NTC2008 e UNI EN 206-1:2006).Le caratteristiche meccaniche dei calcestruzzi sono riassunti nella seguente tabella 3.15 dell’ EC2:
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