Ponti e viadotti: la pratica cantieristica analizzata dall'Ing. Pierangelo Pistoletti | Ingegneri.info

Ponti e viadotti: la pratica cantieristica analizzata dall’Ing. Pierangelo Pistoletti

Un'intervista/analisi in cui l'ing. Pistoletti riprende alcuni aspetti di pratica cantieristica e illustra come incidono sul progetto esecutivo le operazioni di varo di un ponte e gli interventi svolti sull'esistente

Ing Pierangelo Pistoletti
Ing Pierangelo Pistoletti
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Come mettere in opera un’infrastruttura come un ponte o un viadotto? È una delle tante domande che possono sorgere osservando il contesto genovese, in particolare al di sotto del ponte Morandi. Vi sono interferenze e servizi in proiezione all’impalcato sovrastante? Abbiamo chiesto a chi progetta quotidianamente ponti e viadotti di ripercorrere le fasi circa la messa in opera di un’infrastruttura del genere, quali le condizioni al contorno che ne influenzano l’esecuzione e le opere propedeutiche alla realizzazione.

Dopo l’evento del 4 settembre a Genova, abbiamo rincontrato l’ingegnere Pierangelo Pistoletti, con cui abbiamo conversato sui ponti e viadotti, riprendendo talvolta concetti impartiti all’università ed applicandoli a progetti realizzati, aspetti di pratica cantieristica che nella formazione di un futuro ingegnere non dovrebbero mai mancare.

Le modalità di varo di un ponte o viadotto

L’operazione di varo di un impalcato consiste nel mettere in opera l’infrastruttura.

Può avvenire in uno dei seguenti modi:

  • Sollevamento dal basso;
  • Varo frontale a spinta;
  • Varo con conci in avanzamento a sbalzo;
  • Vari speciali.
Rappresentazione di varo dal basso e frontale

Rappresentazione di varo dal basso e frontale

La scelta della modalità di varo influenza, tra gli altri, diversi aspetti prettamente strutturali quali ad esempio la tipologia della sezione, se torsiorigida o meno, nonché gli stessi dettagli costruttivi. A sua volta, la tipologia di varo è scelta in virtù del contesto territoriale di inserimento dell’infrastruttura.

Il varo frontale: caratteristiche e peculiarità

Si tratta di un varo aereo che si attua quando le difficoltà di montaggio dal basso sono insormontabili, quando le pile sono molto alte e sotto alle pile stesse c’è molta difficoltà a realizzare i diversi pezzi per poi issarli alla quota desiderata.

Eseguire un varo dal basso significa costruire i diversi pezzi prefabbricati al di sotto del futuro ponte/viadotto per poi portarli alla quota di progetto. Se non si ha la possibilità di costruire alle pendici della futura opera, il varo frontale rappresenta di fatto l’alternativa migliore.

Il varo frontale si presta particolarmente quando si hanno le seguenti condizioni geometriche: tracciati rettilinei o curvi dove il raggio deve essere costante.

Viadotto PESIO-SUD Esempio di varo frontale suddiviso per fasi (Presentazione Ing. P. Pistoletti) Figura 3 Figura 4 Figura 5

A tergo della spalla inizia il cantiere, con la costruzione di almeno una campata alla cui estremità è montato l’avambecco atto, con la sua leggerezza, a contrastare il fenomeno di ribaltamento, nella fase di avanzamento della campata.

Se il ponte è rettilineo si spinge secondo la direzione del ponte, se è curvilineo si spinge in direzione tangente alla curva, facendo descrivere una spezzata che meglio approssima la curvatura di progetto.

L’operazione di varo deve essere nota fin da subito, in quanto la struttura e il suo progetto esecutivo devono essere pensati per poter affrontare un varo frontale, pertanto i diversi componenti strutturali devono sì soddisfare le verifiche in configurazione finale, ma anche quelle relative ai diversi stati transitori. In ogni momento, o meglio in ciascuna fase esecutiva, i diversi componenti devono essere staticamente verificati.

Il problema  prevalente è quello dello schema statico variato: l’impalcato nel suo transitorio parte dalla spalla per poi raggiungere la pila immediatamente successiva, pertanto la parte di impalcato costruita a tergo della spalla, deve essere spinta a sbalzo per una lunghezza pari alla prima campata del ponte. Nel transitorio lo schema statico corrisponde ad una mensola, mentre nella configurazione finale di esercizio corrisponde ad una campata interna di una trave continua.

Ancorché nel transitorio si abbiano delle masse da movimentare che corrispondono “solo” a quelle dell’impalcato metallico, mentre nella fase di esercizio vi si dovrà aggiungere anche il peso della soletta.

Al riguardo vale la pena ricordare che una necessità delle soluzioni miste è quella di tenere la soletta il più sottile possibile, benché al di sotto di certi valori non si riesca a costruire, mentre al disopra di altri potrebbe diventare troppo pesante (ad esempio per 25 cm di soletta, significa movimentare 625 kg/mq generalmente molto maggiore del peso delle travi di acciaio) e complicata da movimentare.

Una semplice considerazione è sufficiente per comprendere cosa possa succedere sullo sbalzo: la sollecitazione è comunque direttamente proporzionale all’entità del carico q da movimentare.

Ridurre al minimo il carico da muovere, significa ridurre il momento nella configurazione di sbalzo massimo, ovvero la situazione di imminente appoggio sulla prima pila (la fase più pericolosa).

Altra limitazione al carico da movimentare viene dall’avambecco, la cui lunghezza solitamente è pari al 60 % della luce geometrica da coprire e viene realizzato in struttura reticolare alleggerita ( 1-2 t/m rispetto a 6_10 t/m di impalcato metallico ), si ha quindi una parte dello sbalzo, circa il 40%, interessata dalla struttura principale, mentre l’ulteriore 60%, peraltro la parte sul fronte di sbalzo e quindi con distanza massima dal punto di appoggio, è interessata da una struttura molto più leggera.

Un’altra considerazione da fare per la pianificazione delle operazioni di varo riguarda l’interrogativo: cosa accade alla struttura durante il transitorio? Quando scivola sulle pile, cosa succede alla sezione che vi scorre?

Passa dall’essere una sezione di campata ad una di appoggio e viceversa, pertanto la sollecitazione flettente cambia da positiva a negativa interessando rispettivamente il lembo inferiore e poi quello superiore. Inoltre, quando arriva sulla pila, la sezione è interessata da una forte azione concentrata, dovuta all’elemento di scivolamento, che può essere o una slitta o una carrelliera, che supporta tutta la reazione data dalla pila i-esima trasmettendola all’anima della trave attraverso lo sviluppo molto contenuto dell’impronta.

Quando il ponte viene progettato per la sua fase finale di esercizio sulle pile vi sono delle grandi azioni concentrate sugli apparecchi di appoggio; queste sono però contrastate disponendo irrigidenti sul pannello d’anima al fine di trasferire la suddetta reazione, ma durante il varo tutte le altre sezioni, che possono essere interessate dalla reazione di appoggio non sono aiutate da questi irrigidimenti, quindi, durante il varo,  potrebbero manifestarsi nell’anima fenomeni di instabilità. La situazione potrebbe farsi critica non tanto per le sezioni destinate a sormontare la pila, in quanto quelle sono già pensate per sopportare quel tipo di azioni, quanto piuttosto per le sezioni in campata soggette in esercizio a momento positivo, quindi tese al lembo inferiore e con gli irrigidimenti longitudinali d’anima posti al lembo superiore, dove in esercizio si manifesta la compressione.

Ecco perché vengono messi irrigidimenti longitudinali nella parte sia bassa sia alta per tutto lo sviluppo del ponte, proprio per affrontare lo stato del transitorio ed evitare il manifestarsi di fenomeni di instabilità.

Il passo degli irrigidenti sarà poi sempre commisurato alla lunghezza della carrelliera.

Nelle verifiche ad imbozzamento c’è un parametro a che corrisponde al rapporto tra la lunghezza e l’altezza del pannello d’anima che deve essere generalmente minore di 1,5 per non penalizzare l’anima nei confronti della sollecitazione di taglio.

Per le operazioni di varo il valore di a dovrebbe essere minore o uguale a 1. Soprattutto per le travi da ponte abbastanza alte, ad esempio per luci di 100 m circa si hanno travi alte 5 m circa, L/20, con passo irrigidenti di circa 4 m.

La guida trasversale dell’impalcato, durante la spinta, diventa un’operazione non banale soprattutto se il tracciato è in curva. L’anima della trave deve sempre trovarsi in corrispondenza del pannello di appoggio della slitta. Non sono ammesse eccentricità eccedenti questa tolleranza è rispettata grazie a  rulli verticali che creano una sorta di binario a larghezza  costante.

Questi accorgimenti devono essere noti dall’origine, perché è vero che si possono eseguire anche successivamente, ma questo significherebbe modificare ed anche sensibilmente il progetto, con tutte le conseguenze che ne derivano.

Come viene spinto il ponte?

Il ponte viene messo su carrelliere o rulliere, in corrispondenza della spalla di partenza verranno messi dei contrasti e delle redance. Anche in coda alla porzione di ponte già prefabbricato e pronto al varo verrà posizionata una traversa di tiro con altre redance, in modo da realizzare una moltiplicazione del carico di tiro. La fune passata dalle singole carrucole delle redance viene infine collegata ad un argano di tiro.

La porzione di ponte che si deve muovere, ha una reazione la cui intensità è funzione della tipologia dell’elemento di scivolamento:

  • Slitta: si deve vincere l’attrito acciaio teflon pari a circa il 7-8%
  • Carrelliera: si deve vincere l’attrito acciaio teflon pari a circa il 3-4%

Vinto l’attrito di primo distacco, la percentuale di attrito diminuisce notevolmente e quindi le successive fasi di avanzamento necessitano di spinte inferiori.

L’argano fornisce sempre la medesima spinta (tiro 10 – 20 t), quindi la spinta complessiva è pari al numero di gole, le carrucole delle redance, moltiplicato per la spinta unitaria.

Il metodo di spinta con l’argano è il più semplice, e uno dei più veloci, si riescono a spingere fino a 20 m in un’ora.

La posizione dell’argano dipende dalla dimensione del campo varo, se non si ha abbastanza spazio l’argano non viene posizionato sulla traiettoria del futuro sviluppo del ponte, ma viene posizionato esternamente.

Esempi incremento delle prestazioni: Viadotti Serra e Noce (Sa – Rc)

I viadotti Serra e Noce sono un esempio di sezione torsiorigida: il Noce nasce come sezione aperta, ovvero con il fondo realizzato da una trave reticolare, mentre il Serra come sezione chiusa, ovvero con lamiera irrigidita.  Per entrambi i viadotti era previsto il medesimo intervento, non era volto a ripristinare la consistenza statica e strutturale del cassone preesistente ma ad incrementarne le prestazioni attraverso l’allargamento dell’impalcato, per entrambi in piastra ortotropa, per creare un’ulteriore corsia. L’attenzione si è focalizzata sulle propaggini della sezione di impalcato, elementi deboli della piastra ortotropa a causa della potenziale infiltrazione dell’acqua se la manutenzione non è eseguita periodicamente. Quindi si era previsto di tagliare gli sbalzi esistenti per sostituirli con altri più lunghi, mettendo dei puntoni esterni sottostanti al fine di sostenere lo sbalzo con una struttura triangolare.

Viadotto Serra - Ing. P. Pistoletti

Viadotto Serra – Ing. P. Pistoletti

Viadotto Noce - Ing. P. Pistoletti

Viadotto Noce – Ing. P. Pistoletti

Per eliminare problemi di ulteriore invecchiamento della lastra ortotropa è stata realizzata una soprastante soletta, resa collaborante in modo da sigillare la membrana di impalcato.

Per quanto riguarda l’irrigidimento delle travi principali questo era previsto ottenersi con irrigidimenti saldati nelle sezioni di pila, mentre nelle sezioni di campata, soggette a momento positivo, si predisponevano dei cavi esterni di precompressione delle piattabande inferiori. Cavi esterni quindi ispezionabili, manutenibili e perfino sostituibili. Per il Noce, a scatola aperta, non è stato necessario alcun intervento di ripristino ad oltre 40 anni dall’entrata in esercizio. Sul Serra invece, a scatola chiusa, è stato necessario l’intervento dell’IIS, Istituto Italiano della Saldatura, per valutare il consistente stato di degrado ed i corrispondenti interventi di recupero e ripristino strutturale prima del previsto adeguamento.

Attraverso un’analisi costi benefici la riparazione + ampliamento parificavano la ricostruzione, ed i tempi sarebbero stati molto più lunghi del varo di una nuova struttura.

Nel caso di progetto ex novo la scelta dell’impalcato, se deve essere a scatola chiusa o aperta, dipende da come si intende redistribuire la torsione, azione che c’è sempre e comunque, in quanto sull’impalcato di un ponte si hanno sempre carichi eccentrici.

È possibile realizzare una ripartizione trasversale con una travatura alla Courbon (travi parallele con diaframmi infinitamente rigidi atti a garantire la ripartizione ipotizzata in progetto) oppure si crea una scatola torsiorigida che lavora secondo lo schema alla Bredt.

Vantaggi e Svantaggi Sezione trasversale del ponte

Propensione alla formazione di un ambiente aggressivo per la struttura metallica Aperta

Es. Viadotto Noce

Chiusa

Es. Viadotto Serra

(pre-intervento)

Non c’è formazione di condensa, in quanto la temperatura all’interno della travatura e la medesima di quella esterna

Creazione di condensa

Ristagno di condensa
Ossidazione ridotta Ossidazione estesa
Difficoltà di ispezione e manutenzione No

Visibilità, respirazione e ventilazione ordinaria

Si

Mancata aereazione naturale, pertanto devo creare dei canali di ventilazione ed estrazione dei fumi.

Colore scuro: visibilità nulla

Predisposizioni per manutenzioni future Passerelle di ispezione

Illuminazione a giorno, quindi importante verniciarlo di bianco.

Deumidificatore

(umidità al di sotto del 45%)

Il bianco visualizza la formazione di ruggine o le eventuali cricche

In questo caso la parete superiore è realizzata dalla soletta, le pareti verticali corrispondono alle anime delle travi e la parete di fondo? Può essere:

  • CHIUSA: Per luci correnti fino a 60 -70 m ed altezze di trave proporzionate, il fondo chiuso presenta un maggior peso strutturale (circa il 10% del totale) ed una maggiore incidenza di costo di costruzione, per la presenza di irrigiditori di fondo, necessari per garantire la stabilità locale dei pannelli compressi.
  • APERTA: Il fondo reticolare ha molta più produttività, perché costituito da elementi “taglia e fora”, consente maggiori economie nei trasporti e ha maggiore flessibilità per i tratti in curva, consentendo di seguire le pendenze con sfalsamento delle travi anziché con variazioni di altezza soprattutto in presenza di pendenze trasversali variabili.

 Chi è l’ingegnere Pierangelo Pistoletti?

Ing. Pistoletti Ing. Pierangelo PISTOLETTI, nato a Pisa 10-11-1948.
Laureato in Ingegneria Civile Sezione Trasporti il 23.07.1974 all’Università di Pisa.
Operante nella progettazione  di strutture metallichee da oltre oltre 40 anni. Laureato in Ingegneria Ingegneria Civile  ha la fortuna iniziare la propria attività attivitàcome progettista  in seno ad aziende aziende specializzate  in Costruzioni Metalliche di primaria primaria importanza internazionale :
• CMF Costruzioni  Metalliche Finsider di Livorno:1974 -1980
• Antonio  Badoni di Lecco :1980 -1986.
E’ in questo periodo che si specializza nel progetto delle strutture metaliche, con particlare attenzione e sensibilità verso i problemi di montaggio e di costruzione.Nel 1986 diventa libero professionista ed apre un proprio studio che sarà denominato SETECO INGEGNERIA S.r.l.Dal 2006 è professore a contratto presso l’Università di Genova per il corso integrativo “Ponti in acciaio”.

 Alcuni progetti significativi

Ponte strallato Storstrombo - Ing. P. Pistoletti

Ponte strallato Storstrombo – Ing. P. Pistoletti

Ponte ferroviario ad arco sul Polcevera - Ing. P. Pistoletti

Ponte ferroviario ad arco sul Polcevera – Ing. P. Pistoletti

B2

 

Viadotto Arno - Ing. P. Pistoletti

Viadotto Arno – Ing. P. Pistoletti

C2

Ponte a travata "Tevere"

Ponte a travata “Tevere”

Ponte stradale pedonale a Bourdeaux - Ing. P. Pistoletti

Ponte stradale pedonale a Bourdeaux – Ing. P. Pistoletti

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