Un ponte crea quello che altrimenti non ci potrebbe essere

Allo stato attuale l’impalcato si estende su 5 campate di luce pari a 30.75 m, ad eccezione delle campate di riva che hanno luce 24.60 m. La lunghezza complessiva del ponte è pari a 166 m. Come si può vedere dalla Fig. 1 le campate sono tutte della medesima lunghezza.
Lo schema statico è quello di campate a travata isostatica, formate da elementi prefabbricati in cemento armato precompresso con sezione a doppio cassone. I cassoni sono precompressi longitudinalmente mediante cavi scorrevoli post tesi.

Le travate (Fig. 2) poggiano sopra pile costituite da telai spaziali in cemento armato formati da 4 colonne ottagonali iscrivibili in un rettangolo 80×80 cm, collegate tra loro da travi longitudinali di sezione pari a 50×80 cm e da travi trasversali (pulvini di appoggio dell’impalcato) di sezione 50×100 cm. L’interasse tra i pilastri costituenti la pila è pari a 5.90 m in senso trasversale e 6.15 m in senso longitudinale.

Da ciascuna pila (Fig. 3) dipartono tratti di travata a doppia mensola, di lunghezza complessiva pari a 18,45 m, con sbalzi di luce 6,15 m. La precompressione degli sbalzi è realizzata in opera mediante cavi annegati nella soletta superiore.

In sede di ispezione sono stati individuati evidenti segni di degrado in corrispondenza dell’intradosso dell’impalcato (Fig. 3) che si manifestano con marcate fessurazioni diagonali in prossimità delle giunzioni a sella Gerber. Tali lesioni testimoniano le gravi criticità della struttura nei confronti delle
azioni di taglio come dimostrato dall’analisi FEM che è stata condotta.
La campagna di indagini effettuata ha confermato le criticità ed evidenziato una situazione di degrado molto più grave di quanto ipotizzabile in via preliminare. Non si rilevano, al contrario, criticità evidenti sulle pile, che si presentano ben manutenute (Fig. 2).

LA MODELLAZIONE STRUTTURALE: ESISTENTE

La modellazione della struttura è avvenuta partendo dagli elaborati reperiti presso l’ufficio sismica della Provincia della Spezia. Per confermare la bontà di quanto riportato negli elaborati sono stati effettuati vari sopralluoghi in situ da cui è emersa la perfetta corrispondenza tra quanto rappresentato negli elaborati grafici reperiti e quanto realizzato. I sopralluoghi, come anticipato, hanno mostrato, in particolare, segni di degrado nell’impalcato e lesioni a taglio in corrispondenza delle selle Gerber. Sono stati messi a punto due modelli agli elementi finiti della struttura esistente, uno con l’impalcato realizzato con elementi plates e uno con l’impalcato realizzato con elementi beam; con questi due modelli sono state analizzate le zone in corrispondenza delle selle Gerber, oltre alla verifica a flessione e a taglio.

LA MODELLAZIONE STRUTTURALE: PROGETTO

Il progetto (Fig. 5) prevede la realizzazione di un nuovo impalcato a travata continua con sezione mista acciaio-calcestruzzo composta da quattro travi a sezione composta saldata appoggiate su pile e spalle per un totale di N.40 apparecchi di appoggio (8 per ogni pila e 4 per spalla). In corrispondenza degli appoggi sono stati introdotti isolatori elastomerici per limitare le azioni orizzontali sulle sottostrutture esistenti.
Il nuovo impalcato metallico si svilupperà su una lunghezza complessiva di circa 166m e sarà composto da N° 4 travi in acciaio S355J2W. Ogni trave è suddivisa in conci, denominati “Concio A – B – C – D” (Fig. 6) di lunghezze e sezione variabili. I vari conci saranno saldati tra loro in opera.
Ogni concio ha lunghezze, pesi ed altezze differenti per uno sviluppo massimo di 17,45 m, ed un’altezza variabile comprensiva tra 80 e 120 cm. Per la realizzazione dell’impalcato metallico è stato previsto, inoltre, l’inserimento di controventi (Fig. 7) inferiori e superiori mediante l’utilizzo di profilati metallici angolari. Al di sopra della carpenteria metallica verranno posizionate le lastre predalles (5 tipologie differenti), ed il successivo getto della soletta in cls di altezza pari a 20 cm.

Allo stato attuale la struttura è vincolata in semplice appoggio sopra le pile. Allo stato di progetto vengono inseriti i vincoli riferiti agli isolatori elastomerici previsti. Tali vincoli, data la tipologia di isolatore, prevedono una rigidezza orizzontale delle molle inserite nel modello FEM variabile da un’azione all’altra. Con il software MIDAS Gen è stato possibile, all’interno della singola analisi, inserire differenti condizioni di vincolo e successivamente sommare gli effetti con il principio di sovrapposizione. Per tenere conto della differenza di vincolo in funzione dell’azione si utilizza la funzione “Boundary change” di MIDAS Gen mediante la quale si può assegnare una differente rigidezza elastica alle molle in funzione dell’azione sollecitante.

La modellazione dell’impalcato nella situazione di progetto è stata eseguita utilizzando elementi monodimensionali tipo beam per travi, cordoli e pilastri ed elementi bidimensionali tipo plate per le solette.

Per collegare tra loro gli elementi sono stati utilizzati link di tipo rigido.

L’impalcato è modellato con lo schema statico di trave continua. Gli isolatori elastomerici sono schematizzati con vincoli di semplice appoggio infinitamente rigidi nei confronti delle azioni verticali. Nel piano la rigidezza del vincolo è funzione dell’azione sollecitante come descritto in precedenza.

L’impalcato del ponte è di tipo a sezione mista acciaio – calcestruzzo; per l’analisi strutturale verranno quindi esaminate le 3 fasi esecutive, ovvero:

1. Fase 0: Getto della soletta
2. Fase 1: Getto maturo – Azioni permanenti – (a lungo termine)
3. Fase 2: Getto maturo – Azioni variabili – (a breve termine)

Sono stati, pertanto, implementati 3 distinti modelli corrispondenti alle tre fasi esecutive.

GESTIONE SOFTWARE

L’intera commessa è stata gestita con il software BIM di modellazione strutturale Tekla Structures, che ha permesso di modellare lo stato di fatto e lo stato di progetto del viadotto. Tramite link diretti e bidirezionali è stato possibile interagire con il software MIDAS GEN dove è stato realizzato un modello di calcolo agli elementi finiti dello stato attuale, che ha consentito di verificare se l’impalcato fosse adeguato a sostenere i carichi da traffico previsti dalla normativa vigente. Poiché non si è dimostrato tale, è stata prevista la sostituzione dell’intero impalcato in sezione mista acciaiocls, preservando e consolidando le pile esistenti. La modellazione strutturale dell’impalcato di progetto è stata eseguita utilizzando elementi monodimensionali tipo “beam” per travi, cordoli e pilastri ed elementi bidimensionali tipo “plate” per le solette.

Per collegare tra loro gli elementi sono stati utilizzati “link” di tipo rigido, mentre l’impalcato è stato modellato con lo schema di trave continua su più appoggi. Questi ultimi sono costituiti da isolatori elastomerici, schematizzati con vincoli di semplice appoggio infinitamente rigidi nei confronti delle azioni verticali.

Essendo l’impalcato del ponte a sezione mista acciaio – calcestruzzo, l’analisi strutturale è stata condotta su 3 distinti modelli corrispondenti alle tre fasi esecutive (0,1 e 2). Le sollecitazioni così ottenute sono state combinate linearmente in fase di verifica. Il modello per le fasi 1 e 2 è stato realizzato considerando nelle zone a momento negativo la sezione della sola trave metallica mentre nelle zone a momento positivo è stata modellata la sezione composta, tenuto conto della larghezza collaborante della soletta in calcestruzzo.L’analisi della struttura è stata condotta in campo elastico lineare statico e dinamico. Per quest’ultimo caso è stata effettuata un’analisi dinamica lineare modale con spettro di risposta combinando gli effetti mediante la combinazione quadratica completa.

Tutte le carpenterie metalliche a sezione variabile, le lastre predalles e le armature del nuovo impalcato sono state modellate con Tekla Structures, accelerando tutte le fasi di progettazione, ottimizzando le geometrie in funzione dei pesi e delle lunghezze trasportabili in cantiere ed ottenendo un “work-flow” maggiormente fluido. Grazie al software è stato possibile stimare tutte le quantità dei materiali, complessivamente si prevede l’utilizzo di circa 356.000 kg di elementi in carpenteria metallica, 450 mc di calcestruzzo e 100.000 kg di barre d’armatura.

PREMI E RICONOSCIMENTI

[1° Classificato TEKLA BIM AWARDS 2020 ITALIA – Cat. Infrastrutture
https://www.tekla.com/bim-awards/bridge-along-sp17]