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Che cosa sono i ponti strallati? Tipologie e modalità di progettazione

Il Ponte Morandi apparteneva alla categoria degli strallati: vediamo quali sono i vantaggi di questa soluzione ingegneristica e le modalità più conosciute di costruzione

Il Guadiana International Bridge, tra Portogallo e Spagna, progettato dall'ingegnere José Luis Câncio Martins
Il Guadiana International Bridge, tra Portogallo e Spagna, progettato dall'ingegnere José Luis Câncio Martins
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Un viaggio nel mondo dei ponti strallati per capire le diverse tipologie e le modalità di progettazione sia degli stralli che delle torri.

Un ponte strallato è un ponte sospeso il cui impalcato è retto da una serie di cavi detti stralli ancorati a piloni o torri di sostegno. Il Ponte Morandi ad esempio era stato realizzato con stralli realizzati con cavi in acciaio e calcestruzzo precompresso. Tale tipologia di ponte è spesso utilizzata per superare grandi luci che possono arrivare fino a mille metri. Tra i ponti di maggior lunghezza troviamo come primo in classifica il Ponte dell’isola Russkij sito in Russia nel Bosforo orientale della lunghezza di ben 3100 metri e luce massima di 1104 metri. Un ponte realizzato con calcestruzzo e acciaio ed avente torri alte circa 70 metri. A seguire vi sono il Ponte di Sutong ed Edong Bridge entrambi cinesi. Cinese è anche l’innovativo ponte Ruyi Bridge a Chengdu, una passerella ciclo-pedonale lunga 213 metri e composta da 16 campate.

Il vantaggi degli stralli

Gli stralli, elementi molto utilizzati per la costruzione di ponti in acciaio, corrispondono a supporti elastici con prefissata rigidezza (funzione dell’inclinazione dello strallo) che sopportano le flessioni longitudinali dell’impalcato sia nel transitorio sia in fase di esercizio, rendendo possibile l’utilizzo di semplici ed economici metodi di costruzione. Nella scelta degli stralli spesso si preferisce l’utilizzo di cavi di piccolo diametro e diffusi su tutto l’impalcato, rispetto a strutture con stralli concentrati, in quanto si semplifica la loro installazione, il loro ancoraggio e soprattutto la loro sostituzione. Anche la scelta della tipologia dell’impalcato è fondamentale; infatti, la possibilità di poter utilizzare impalcati sottili comporta enormi vantaggi dal punto di vista della stabilità aerodinamica. Generalmente il passo degli stralli è mantenuto costante, orientativamente intorno ai 6-15 metri, ma potrebbe decrementare andando dal pilone verso la parte centrale in modo che le forze non siano molto differenti tra uno strallo e il successivo.

L’inclinazione degli stralli

L’altezza del pilone influenza molto la rigidezza del sistema strutturale, infatti con l’aumento dell’inclinazione del cavo diminuisce la tensione nello stesso, oltre che non la linearità e le sollecitazioni sull’impalcato. L’inclinazione degli stralli può essere messa in relazione con l’abbassamento del nodo che funge da collegamento fra l’impalcato e lo strallo più inclinato.

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L’inclinazione ottimale dei cavi è 45° ma può variare nel limite di 25°-65°.

La scelta dello schema strutturale del ponte

Gli schemi strutturali tipici dei ponti strallati possono suddividersi in due categorie fondamentali che si differenziano sostanzialmente soprattutto nei riguardi del comportamento statico, mentre la loro differenziazione formale è legata solo alla disposizione geometrica degli stralli, precisamente:

  • Schema con stralli ad arpa come da immagine di seguito riportata:

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  • Schema con stralli a ventaglio, come da immagine sotto riportata:

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Utilizzando una strallatura molto fitta si potrebbe ridurre notevolmente lo spessore dell’impalcato. Orientativamente per impalcati in cemento armato è compreso fra i 6 e i 15 metri, mentre per gli impalcati in acciaio si arriva fino a 20 metri. Solitamente, per far si che sotto l’azione dei carichi permanenti l’impalcato si comporti come una trave continua su appoggi fissi, si regola la tensione negli stralli applicando opportuni sforzi di pretensione.

L’altezza della torre

L’altezza della torre di un ponte spesso è anche un aspetto architettonico oltre che strutturale. Generalmente l’altezza minima della torre o antenna è direttamente proporzionale alla lunghezza dell’impalcato (luce tra i due vincoli consecutivi, si rimenda all’immagine sottostante) moltiplicato per la tangente di 25 °.

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Suddetta relazione fornisce l’altezza minima della torre al di sotto della quale sarebbe opportuno non scendere. 

La scelta del sistema di sospensione

Il sistema di sospensione può essere sostanzialmente di due tipi: centrale e laterale. La sospensione centrale offre considerevoli vantaggi, il principale è sicuramente quello di natura estetica. L’uso quasi obbligatorio, in tale sistema, di un impalcato torso-rigido contribuisce inoltre alla riduzione dei momenti del secondo ordine come pure ad una maggiore stabilità dinamica ed aerodinamica. Questo metodo di sospensione è caratterizzato inoltre, da un basso carico di fatica dei cavi, dato che un impalcato torsio-rigido ha una grande capacità di diffusione per i carichi concentrati, così limita la variazione di tensione negli stralli.

Uno degli svantaggi, invece, corrisponde al pilone centrale posto al centro della carreggiata che implica un impalcato molto più largo. Questo è il caso dei ponti stradali che, con impalcati molto larghi atti ad ospitare due carreggiate, comporta un incremento notevole dei momenti torcenti. Inoltre, quando si ha a che fare con impalcati molto larghi, come nel caso di ponti stradali con due carreggiate, la sospensione laterale è utilizzata nella maggior parte dei ponti strallati costruiti finora.

Il piano degli stralli può essere verticale o inclinato, si veda la figura di seguito riportata:

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Nel caso di piano inclinato spesso si utilizzano piloni a forma di A, i quali migliorano la rigidezza e la stabilità della struttura e riducono spostamenti dell’impalcato in quanto fa sì che i carichi eccentrici vengono assorbiti da tutti gli stralli.

Inoltre si migliora anche stabilità aerodinamica nel caso di impalcati molto lunghi. Nel caso di ponti stradali, l’uso di piani di sospensione inclinati può dar origine a problemi di spazio nella direzione trasversale che possono però essere risolti o incrementando la larghezza dell’impalcato o utilizzando sbalzi su cui installare gli ancoraggi. La sospensione laterale in generale introduce momenti flettenti trasversali che sono massimi nel centro della sezione, mentre le forze di taglio sono massime all’estremità.  Pertanto, in queste zone possono sorgere dei problemi specialmente se l’impalcato è in calcestruzzo, in quanto l’ancoraggio dei cavi può interferire con gli eventuali cavi della precompressione trasversale. Viste le diverse tipologie costruttive e di possibili scelte progettuali di fondamentale importanza diviene la figura dello strutturista e del direttore dei lavori nella realizzazione di infrastrutture strategiche come i ponti, controllando in fase esecutiva gli aspetti tecnici ed amministrativi del progetto, importanza sottolineato anche dal legislatore con il Decreto 7 marzo 2018, n. 49.

 

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