4.1 Progettazione e dimensionamento per campate tipo standard dei ponti ANAS

La progettazione dei ponti è vincolata dalla presenza di elementi naturali ed artificiali che condizionano il progetto. Nella questione trattata in questo quaderno, ossia la sostituzione del solo impalcato, si sommano altri vincoli fissi quali l’ esistenza di spalle e pile con geometrie e capacità di resistenza già fissate. Tutti gli elementi citati giocano un ruolo fondamentale nella progettazione del nuovo impalcato, poiché condizionano non solo l’entità stessa della struttura, ma si intrecciano con gli aspetti connessi alla realizzazione e al montaggio dell’opera. Perciò gli obblighi normativi, la scelta del materiale, la tipologia costruttiva, il montaggio ed i vincoli precedentemente citati devono essere tenuti in considerazione e correttamente valutati durante la progettazione alla pari di un’opera di nuova realizzazione.

4.1.1 Dati Generali

Nei diversi standard analizzati, per il progetto di ponti in acciaio a sostituzione di campate esistenti in c.a.p, è stato assunto:

- Normativa di riferimento: Decreto 17 gennaio 2018 [24] “Aggiornamento delle Norme tecniche per le costruzioni”;

- Distanza tra gli appoggi: 25 e 35 m;

- Azione Sismica: Zona 1;

- Larghezza complessiva dell’impalcato: 12 m;

- Classe di Esposizione all’azione del Vento: Zona 3, altezza dal suolo 20 m, fascia costiera.

4.1.2 Caratteristiche geometriche della carreggiata

Strada a carreggiata unica (classe C1) con due corsie e due banchine laterali, rispettivamente da 3.75 m e 1.50 m. In aggiunta si prevede per i due lati una passerella di servizio di 0.75 m per una larghezza totale di 12 m, guard-rail e protezioni laterali alte 1.20 m.

4.1.3 Ipotesi di carico

- Pesi Propri delle Strutture e Pesi Permanenti non strutturali: Strutture Metalliche, Soletta, pacchet to di asfalto (binder + usura), Barriere di Sicurezza (Guard rail) e protezioni laterali;

- Peso proprio dei materiali costituenti l’impalcato: calcestruzzo 2500 kg/m3; Acciaio 7850 kg/m3; asfalto/isolante/ marciapiede: 2000 kg/m3;

- Pesi dei dispositivi di ritenuta: (guard-rail) 100 kg/ml; protezione esterna (veletta)100 kg /ml; da ogni lato;

- Carichi Mobili Verticali (NTC 2018 [24] e Circolare [25] – Schema di Carico 1) – Applicando assi tandem e carichi distribuiti nelle posizioni più sfavorevoli per massimizzare gli sforzi;

- Azione Longitudinale di Frenamento (NTC 2018 [24] e Circolare [25])Applicata come una forza distribuita sulla superficie della soletta;

- Azione del Vento (NTC 2018 [24] e EC 1-4 Circolare [25] ) – Utilizzata la trattazione della norma italiana, considerando il coefficiente C p suggerito dagli Eurocodici per i ponti con geometria in oggetto;

- Azioni Termiche (NTC 2018 [24]) e Circolare [25]

Costanti e variabili sulla Sezione;

- Limite di freccia: L / 400 sotto carichi variabili di traffico (NTC2018 [24] e Circolare [25]);

Per le seguenti soluzioni sono state proposte sia la soletta prefabbricata in lastre predalles che permette di velocizzare la posa in opera (7 cm + 23 cm), sia il getto pieno in calcestruzzo di spessore 30 cm.

Fa eccezione solo la soluzione con profili laminati accostati (chiusi) che presuppone l’utilizzo di una soletta piena di spessore 30 cm, visto un interasse di 7 m tra le travi.

Le strutture sono state modellate attraverso software ad elementi finiti.

4.2 Esempi di soluzione multi-trave con profilo laminato

Per ognuna delle soluzioni sono state valutate due qualità di acciaio, acciaio al carbonio S460M ed acciaio autopatinabile S355J2W, (quest’ultimo più reperibile rispetto all’acciaio 355K2W).

4.2.1 Lunghezza di campata tipo: 25m

In questa breve memoria tecnica si presentano varie soluzioni strutturali a partire da profili commerciali laminati a caldo, in particolare:

- Campata singola isostatica di 25 m: Impalcato multi-trave con profilo laminato, traversi di testata in cls. armato;

- Campata singola isostatica di 25 m: Impalcato bi-trave a profilo chiuso, traversi di testata in cls. armato;

4.2.1.1 25m – Isostatico – Soluzione multi-trave con profili laminati accostati (chiusi)

Campata singola isostatica di 25 m: Impalcato multi-trave con profili laminati accostati e traversi di testata in cls. armato.

4.2.1.2 25m – Isostatico – Soluzione multi-trave con profili laminati distanziati

Campata singola isostatica di 25 m: Impalcato multi-trave con profilo laminato e traversi di testata in cls. armato.

4.2.3 Lunghezza di campata tipo: 25 m - 5 campate continue

5 campate iperstatiche di 25 m: Impalcato multi-trave profilo laminato, traversi in cls armato

I modelli ad elementi finiti per le soluzioni multi-trave con profilo laminato sono stati sviluppati attraverso il software ACOBRI®.

Di seguito si riporta una tabella riassuntiva delle sollecitazioni a cui sono soggette le travi per le quattro soluzioni studiate in precedenza:

Note:

1) I valori di sollecitazioni e di resistenze sono riferiti all’acciaio alto-resistenziale (S460)

2) Le sezioni sono di classe 1 e 2, le resistenze sono quindi basate sul momento plastico.

3) I valori si riferiscono tipicamente alla trave di bordo che risulta essere la più sollecitata.

4.2.4

Il traverso in calcestruzzo garantisce stabilità e rigidezza torsionale sufficienti per far sì che l’impalcato multi-trave non abbia bisogno di traversi supplementari in campata.

È possibile realizzare profili laminati con luci di 25 m, ma è necessario un trasporto eccezionale a favore del fatto che vengono risparmiati i giunti in cantiere.

Nel caso che si scelga di eseguire i giunti e trasportare profili con luci minori è possibile eseguire giunti bullonati per spessore di piattabande fino a 60 mm. Questa scelta ha il vantaggio di non richiedere un’integrazione del sistema di protezione. Inoltre, è possibile realizzare anche giunti saldati, ma in questo caso è necessario prevedere degli accorgimenti nell’esecuzione del sistema anticorrosivo.

D ati di sintesi

• Impalcato: m 25 x 12

• Tipologia: Soluzione con profili laminati accostati (chiusi) – Schema isostatico

• Soluzione con qualità acciaio S460M (rif. Disegno 1A):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in calcestruzzo armato: 120 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S460M - fyk=460 MPa;

• Soluzione con qualità acciaio S355J2W (rif. Disegno 1B):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in calcestruzzo armato: 150 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S355J2W - fyk=355 MPa;

• Calcestruzzo C30/37 - fck=30MPa;

• Impalcato: m 25 x 12

• Tipologia: Soluzione multi-trave con profili laminati distanziati – Schema isostatico

• Soluzione con qualità acciaio S460M (rif. Disegno 2A):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in calcestruzzo armato: 150 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S460M - fyk=460 MPa;

• Soluzione con qualità acciaio S355J2W (rif. Disegno 2B):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in calcestruzzo armato: 190 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S355J2W - fyk=355 MPa;

• Calcestruzzo C30/37 fck=30MPa;

• Impalcato: m 35 x 12

• Tipologia: Soluzione multi-trave con profili laminati distanziati – Schema isostatico

• Soluzione con qualità acciaio S460M (rif. Disegno 3A):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in calcestruzzo armato: 240 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S460M - fyk=460 MPa;

• Soluzione con qualità acciaio S355J2W (rif. Disegno 3B):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in calcestruzzo armato: 290 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S355J2W - fyk=355 MPa;

• Calcestruzzo C30/37 - fck=30MPa;

• Impalcato: m 125 x 12 – 5 campate continue di 25 m

• Tipologia: Soluzione multi-trave con profili laminati distanziati – Schema iperstatico

• Soluzione con qualità acciaio S460M (rif. Disegno 4A):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in calcestruzzo armato: 120 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S460M - fyk=460 MPa;

• Soluzione con qualità acciaio S355J2W (rif. Disegno 4B):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in calcestruzzo armato: 150 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S355J2W - fyk=355 MPa;

• Calcestruzzo C30/37 - fck=30MPa;

È possibile rimpiazzare i traversi in calcestruzzo armato (Concrete Cross Beams-CCB) con elementi in acciaio posando direttamente le travi su appositi appoggi elastomerici. Esse sono irrigidite da traversi in carpenteria metallica ed in genere per le configurazioni trattate si utilizzano profili HEB 400 per gli appoggi delle spalle del ponte e profili IPE 400 per i rinforzi in campata. I traversi possono essere saldati o bullonati. Sulle spalle del ponte i traversi vanno previsti tra tutte le travi, invece in campata vanno predisposti solo per accoppiare le travi a due a due.

Per la soluzione di 25 m si hanno due file di traversi ogni 10 m e per la soluzione di 35 m se ne dovranno prevedere tre file. Inoltre, è opportuno inserire degli irrigidimenti sui traversi.

La soluzione con traversi in carpenteria metallica è rappresentata nei disegni 4C e 4D allegati al Quaderno Tecnico, per la soluzione di campata tipo 25 m – 5 campate continue da 25 m.

Dati di sintesi per la tipologia con traversi in metallo

• Impalcato: m 25 x 12

• Tipologia: Soluzione con profili laminati accostati (chiusi)–Schema isostatico

• Soluzione con qualità acciaio S460M:

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in acciaio: 140 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S460M - fyk=460 MPa;

• Soluzione con qualità acciaio S355J2W:

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in acciaio: 170 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S355J2W - fyk=355 MPa;

• Calcestruzzo C30/37 - fck=30MPa;

• Impalcato: m 25 x 12

• Tipologia: Soluzione multi-trave con profili laminati distanziati – Schema isostatico

• Soluzione con qualità acciaio S460M:

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in acciaio: 170 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S460M - fyk=460 MPa;

• Soluzione con qualità acciaio S355J2W:

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in acciaio: 210 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S355J2W - fyk=355 MPa;

• Calcestruzzo C30/37 fck=30MPa;

• Impalcato: m 35 x 12

• Tipologia: Soluzione multi-trave con profili laminati distanziati – Schema isostatico

• Soluzione con qualità acciaio S460M:

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in acciaio: 256 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S460M - fyk=460 MPa;

• Soluzione con qualità acciaio S355J2W:

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in acciaio: 306 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S355J2W - fyk=355 MPa;

• Calcestruzzo C30/37 - fck=30MPa;

• Impalcato: m 125 x 12 – 5 campate continue di 25 m

• Tipologia: Soluzione multi-trave con profili laminati distanziati – Schema iperstatico

• Soluzione con qualità acciaio S460M (rif. Disegno 4C):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in acciaio: 140 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S460M - fyk=460 MPa;

• Soluzione con qualità acciaio S355J2W (rif. Disegno 4D):

Peso al mq della carpenteria Metallica con traverso in acciaio: 170 kg/m2

Caratteristiche dell’acciaio S355J2W - fyk=355 MPa;

• Calcestruzzo C30/37 - fck=30MPa;