Queensferry Bridge, la sfida progettuale del ponte strallato scozzese | Ingegneri.info

Queensferry Bridge, la sfida progettuale del ponte strallato scozzese

Il Queensferry Crossing in Scozia è un ponte strallato lungo 2.094,5 metri, con tre piloni in cemento armato alti oltre 200 m e una capacità portante di 650 metri. Fra le più grandi infrastrutture europee, ha richiesto una progettazione avanzata delle armature in 3D con Allplan Engineering

Pilone in cemento armato con ventatura delle funi di sospensione e carreggiata sospesa durante la fase di
costruzione. Foto courtesy Allplan
Pilone in cemento armato con ventatura delle funi di sospensione e carreggiata sospesa durante la fase di costruzione. Foto courtesy Allplan
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Guardando ad esempi di ponti strallati realizzati in Europa, il Queensferry Bridge rappresenta uno dei più grandi progetti infrastrutturali realizzati, con i suoi tre piloni in cemento armato di oltre 200 m di altezza in acqua e una capacità portante principale di 650 metri. La sfida progettuale doveva misurarsi con il contesto ambientale e territoriale, con una particolare esigenza infrastrutturale e doveva essere esteticamente all’altezza del patrimonio culturale mondiale in cui doveva inserirsi. Qui di seguito l’analisi progettuale del ponte strallato realizzato in Scozia con l’utilizzo del software di progettazione 3D Allplan Engineering.

Il Queensferry Crossing vicino a Edimburgo, in Scozia, è un ponte strallato con tre piloni di oltre 200 m di altezza. Si tratta di uno dei più grandi progetti infrastrutturali in Europa e ha usufruito di una progettazione ultramoderna delle armature in 3D, grazie agli ingegneri di Leonhardt, Andrä und Partner (LAP) e a Allplan Engineering.

Contesto: il Firth of Forth e i 2 ponti esistenti

Nel sud della Scozia, sul fiordo formato dall’estuario del fiume Forth, noto come Firth of Forth, era necessario affrontare una particolare esigenza infrastrutturale. Tre ponti molto ravvicinati tra loro collegano le sponde del fiordo che si estende per 80 chilometri verso l’interno del paese. Il Forth Bridge è un ponte in acciaio costruito nel 1890, utilizzato da sempre per il trasporto ferroviario. Il Forth Road Bridge è un ponte sospeso costruito nel 1964, che dall’estate del 2017 viene utilizzato esclusivamente per il traffico di autobus, biciclette e pedoni. Da quel momento il nuovo ponte Queensferry Crossing completa il trio. Due corsie di marcia più una d’emergenza per ogni direzione sono utilizzate esclusivamente per il traffico stradale. Mentre il Forth Road Bridge era stato progettato e realizzato su carta utilizzando disegni a mano, i progetti delle armature e quelli esecutivi del Queensferry Crossing sono stati realizzati in 3D con Allplan Engineering.

Il Queensfery Bridge è uno dei più grandi progetti infrastrutturali del Nord Europa

Il Queensfery Bridge è uno dei più grandi progetti infrastrutturali del Nord Europa. Foto courtesy Allplan

La sfida progettuale: ancoraggio posteriore del pilone centrale e armonizzazione nel contesto

Con lo sviluppo del progetto per il nuovo ponte, ai consulenti del Ministero dei Trasporti Scozzese della Jacobs Arup JV era stato affidato un compito difficile. Oltre che assolvere allo scopo, il nuovo ponte doveva essere esteticamente all’altezza del patrimonio culturale mondiale del “Forth Bridge”. Lo studio di ingegneria Leonhardt, Andrä und Partner, in consorzio con Rambøll, Gifford e Grontmij, è stato incaricato della preparazione della proposta, della progettazione esecutiva e dei calcoli la costruzione. Il processo di progettazione si è concretizzato in un ponte strallato lungo 2.094,5 metri con tre piloni in acqua.

Tra queste torri in cemento armato alte fino a 210 metri si estende una capacità portante principale di 650 metri. Questa misura era dettata dalla larghezza dei canali di navigazione sottostanti. Le campate delle sezioni laterali sono di 223 metri e quelle dei ponti di golena di 104 metri. Il pilone centrale si è rivelato particolarmente impegnativo in termini di costruzione. Nei classici ponti strallati, il pilone centrale è ancorato posteriormente alle campate rigide laterali. Tuttavia, questo modo di procedere non è possibile in un ponte a tre piloni, a causa dei momenti flettenti molto alti. Oltre a questa limitazione, il ponte non doveva apparire eccessivamente dominante nel contesto delle due costruzioni già esistenti.

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La soluzione con la progettazione del modello completo dell’armatura in 3D con Allplan Engineering

I progettisti hanno risolto il problema dell’ancoraggio posteriore del pilone centrale sovrapponendo le funi inclinate di 146 metri al centro della rispettiva campata. Questa caratteristica strutturale della costruzione ha permesso di ottenere la necessaria stabilità e allo stesso tempo ha consentito la costruzione di un ponte strallato di grande impatto visivo.

 Rendering dell'armatura di uno dei piloni alti 210 metri del Queensferry Crossing.

Rendering dell’armatura di uno dei piloni alti 210 metri del Queensferry Crossing. Foto courtesy Allplan

I tre caratteristici piloni in cemento armato sono rastremati dal bordo superiore della fondazione verso la sommità: da 14×16 metri si assottigliano a 7,50×5 metri. Per la progettazione dei piloni, LAP ha creato un modello completo dell’armatura in 3D con Allplan Engineering. Era la prima volta che si utilizzava questo metodo di lavoro per un ponte di queste dimensioni e quindi si trattava di un progetto molto impegnativo. L’armatura dei singoli segmenti dei piloni doveva essere posata in modo molto preciso, dato che la sezione si assottiglia verso l’alto. La procedura complessa richiedeva requisiti di massimo livello al software utilizzato. Questo è uno dei motivi per cui i progettisti di LAP hanno fatto affidamento su Allplan Engineering e sull’esperienza del loro partner CHP per la progettazione esecutiva e delle armature.

Come i piloni, anche la sovrastruttura che sostiene le carreggiate su ciascun lato ha una forma sofisticata. Nell’area dei piloni e delle strallature, la sovrastruttura è composta da tre parti. Infatti, si integra monoliticamente nel pilone centrale, mentre è attraversata dai due piloni esterni ed è appoggiata su di essi con una trave trasversale. Questo schema di appoggio evita le possibili distorsioni tra i piloni.

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Fondazione e installazione

La fondazione del pilone centrale del ponte strallato è stata realizzata sulla Beamer Rock, che si trova nel centro del fiordo, per mezzo di un gabbione di palancole metalliche. I piloni laterali affondano fino a 40 m di profondità. Il getto dei piloni è avvenuto in una cassaforma rampante interna ed esterna. Per trasportare il calcestruzzo fino alla sommità dei piloni è stato necessario un impianto di getto da 200 bar. Poiché la maggior parte del cantiere si trovava sulle acque aperte del Firth of Forth, sono state utilizzate gru galleggianti e pontoni per il trasporto. La maggior parte dell’armatura è stata prefabbricata nel vicino porto di Rosyth ed è stata successivamente sollevata in loco con una gru a torre girevole.

Il Queensferry Crossing è il ponte più grande per cui è stato utilizzato Allplan Engineering per l’intera progettazione delle armature in 3D. Grazie alla progettazione estremamente precisa e priva di collisioni, è stato possibile rispettare le scadenze e i costi.

Il Queensferry Crossing è stato ufficialmente inaugurato il 4 settembre 2017 dalla regina Elisabetta II. Il 2 e 3 settembre 2017, 50.000 ospiti selezionati hanno potuto attraversare il ponte a piedi.

“Con il suo modulo per le armature 3D, Allplan ci ha fornito un supporto eccezionale nella progettazione esecutiva. Questo ci ha consentito di consegnare al cantiere una progettazione accurata e priva di collisioni tra le armature, rispettando tutte le scadenze di consegna.” Andreas Hartung, responsabile per le armature dei piloni come subappaltatore di LAP-Consult/Germania

Allplan Engineering

I punti di forza mostrati dal software Allplan Engeneering in questo progetto sono stati:

  • Progettazione dell’armatura precisa e senza collisioni
  • Elaborazione multidisciplinare del progetto, grazie alle opzioni di scambio
  • Rispetto di tutte le scadenze di consegna previste

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Lo studio di ingegneria Leonhardt, Andrä und Partner (LAP)

Lo studio di ingegneria Leonhardt, Andrä und Partner (LAP) opera a livello mondiale ed è specializzato nella progettazione di grandi opere ingegneristiche e infrastrutturali fin dai tempi della sua fondazione, sotto la guida di Fritz Leonhardt. Una delle attività principali dello studio è, oggi come allora, la costruzione di ponti ed edifici in acciaio e cemento armato. Questo ha fatto sì che nel corso degli anni siano stati realizzati numerosi progetti di ingegneria civile di rilievo, tra cui la Torre della televisione di Stoccarda (1955), la copertura a tenda nell’Olympiapark di Monaco di Baviera (1971), il ponte di Galata a Istanbul (1985), la Fabbrica Trasparente di Dresda (1999) e ora il ponte Queensferry Crossing (2017)

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