Impalcato a cassoni cellulari in c.a.p. per viadotti continui a spinta

Italian Concrete DaysQuesto articolo è stato presentato durante gli Italian Concrete Days che si sono svolti a Roma, il 27-28 Ottobre 2016. 

La seconda edizione degli Italian Concrete Days si terrà a Milano, presso il palazzo Pirelli il 13 Giugno ed a Lecco, presso il Polo Territoriale del Politecnico, il 14 e 15 Giugno 2018.

Maggiori informazioni sulla partecipazione e sul programma si trovano sul sito dell'evento.

Ferrovia Saida – Moulay Slissen: Impalcato a cassoni cellulari per viadotti continui a spinta

ABSTRACT

Nella tratta ferroviaria Saida - Moulay Slissen lunga 133 km, in costruzione da parte di Astaldi in Alge-ria, sono stati realizzati una serie di viadotti con impalcato continuo a cassone monocellulare in c.a.p., realizzati medi-ante spinta e solidarizzazione di elementi prefabbricati in opera.

Tipologia strutturale, metodologia realizzativa ed approccio progettuale di queste opere costituiscono, in campo ferro-viario, un'importante riferimento per amministrazioni, imprese e progettisti.

Si è adottato lo schema a trave continua con luci centrali da 45 metri e luci laterali da 36 metri.

Il più importante dei viadotti realizzati è composto da 8 campate, 6 da 45 metri e due da da 36 metri, per complessivi 342 metri, l'altezza delle pile raggiunge i 36 metri, in planimetria il viadotto si sviluppa in curva circolare di 3.200 me-tri di raggio ed ha pendenza longitudinale dell’1,6 %.

La scelta di questa tipologia comporta maggiore complessità esecutiva, rispetto all'impiego delle consuete travate iso-statiche, ma consente benefici nell'esercizio e gestione della linea, sia in termini di manutenzione che di confort di marcia.

Il successivo articolo illustrerà l'approccio progettuale e la metodologia realizzativa, mettendo tutti gli aspetti singolari che caratterizzano queste importanti opere, quali ad esempio l'analisi strutturale nelle fasi definitive e temporanee, l'in-terazione binario-struttura, lo studio del loro comportamento sismico, le caratteristiche geometriche del tracciato e di come queste interagiscano con le tecniche di spinta.

1 INQUADRAMENTO DEL PROGETTO

 

Il progetto della linea ferroviaria Saida–Moulay Slis-sen (SMS) acquisito da Astaldi S.p.A., è la conti-nuazione del precedente lotto Saida–Tiaret di 150km e si sviluppa per una lunghezza di circa 133km di binario in direzione prevalentemente est-ovest nella zona degli “Hauts Plateaux” algerini, zona collinare pre-desertica caratterizzata da oscillazioni di quota comprese tra 660m e 1010m sul livello del mare. La linea è a singolo binario, predisposta per accogliere in futuro un secondo binario, a percorrenza mista per trasporto passeggeri con 4 treni/giorno con velocità massima di 160km/h e trasporto merci con 2 treni/giorno e velocità massima di 80km/h. L’orografia particolarmente accidentata ha comportato la neces-sità di eseguire parte del tracciato in viadotto per una lunghezza complessiva di 1.9km.

2 INTRODUZIONE

Per realizzare questa tratta ferroviaria sono stati pro-gettati una serie di viadotti con impalcato a cassone monocellulare in c.a.p. con schema di vincolo iper-statico e tra questi il principale, tenendo conto della lunghezza dell’impalcato e della sua altezza di varo, è il Viadotto identificato come n°12. La realizzazio-ne di queste opere, con impalcato a trave continua, acquisisce ancor più rilievo in ragione del fatto che il sistema è utilizzato per la prima volta in Algeria per lavori ferroviari, dove si preferisce normalmente l’utilizzo di sistemi isostatici. La scelta di questa ti-pologia di viadotti in calcestruzzo ha comportato si-curamente una maggiore complessità esecutiva che però ha il grande vantaggio di richiedere minimi in-terventi di manutenzione in esercizio e di affrontare senza particolari difficoltà le estreme escursioni ter-miche tipiche di questa zona dell’Algeria.

Il modello di calcolo scelto per l’analisi strutturale è un modello tridimensionale completo, costituito dall’impalcato, dalle spalle, dalle pile, dalle fonda-zioni e dal terreno di fondazione schematizzato con elementi elastici di opportuna rigidezza dedotta dai parametri geotecnici del terreno in sito, valutando gli effetti delle varie condizioni di carico previste dagli Eurocodici, e quelli delle azioni sismiche secondo le “Règles Parasismiques Algériennes RPA99-Version 2003”, tenendo conto, in tale modo, delle effettive geometrie delle strutture (impalcato, spalle, pile) e caratteristiche del terreno di fondazione.

Nell’ambito delle previste verifiche agli SLS e SLU sono stati anche considerati gli effetti prodotti dagli abbassamenti differenziali di spalle e pile dedotti dalle caratteristiche del terreno in sito relativamente all’entità dei carichi verticali trasmessi in fondazione.

Il modello di calcolo scelto per l’analisi strutturale è un modello tridimensionale completo, costituito dall’impalcato, dalle spalle, dalle pile, dalle fondazioni e dal terreno di fondazione schematizzato con elementi elastici di opportuna rigidezza dedotta dai parametri geotecnici del terreno in sito, valutando gli effetti delle varie condizioni di carico previste dagli Eurocodici, e quelli delle azioni sismiche secondo le “Règles Parasismiques Algériennes RPA99-Version 2003”, tenendo conto, in tale modo, delle effettive geometrie delle strutture (impalcato, spalle, pile) e caratteristiche del terreno di fondazione.

Nell’ambito delle previste verifiche agli SLS e SLU sono stati anche considerati gli effetti prodotti dagli abbassamenti differenziali di spalle e pile dedotti dalle caratteristiche del terreno in sito relativamente all’entità dei carichi verticali trasmessi in fondazione.

3 CARATTERISTICHE PRINCIPALI

Tale viadotto è complessivamente lungo 342 metri, tra la progressiva chilometrica 51+799 della spalla A e quella 52+141 della spalla B ed è composto di 8 luci (2x36m+6x45m) con un’altezza massima di varo di circa 37m, con tracciato in pianta a curvatura costante di 3200m di raggio e pendenza longitudina-le dell’1,5% (la quota diminuisce dalla spalla B ver-so la spalla A e questo risulta essere il verso di spinta).

La sezione trasversale del viadotto, prevista per accogliere due binari con intervia pari a 4,20m, ha le seguenti caratteristiche:

  • larghezza totale impalcato 12,70 metri
  • altezza totale impalcato 3,45 metri

Il viadotto nella sua interezza (sottostruttura + impalcato) è stato realizzato utilizzando:

  • 14.860 m3 di calcestruzzo
  • 1.298 ton di armatura passiva
  • 274 ton di armatura attiva

L’impalcato, a trave continua, poggia su 7 pile e due spalle che lo suddividono in 8 parti, di cui:

  • 2 campate di riva alle estremità di lunghezza 36 metri - 393 m3 di calcestruzzo, 68 ton di armatura passiva, 29 attiva con peso di circa 1.000 ton
  • 6 campate intermedie di lunghezza 45 metri - 490 m3 calcestruzzo, 84 ton armatura passiva, 36 attiva - peso di circa 1.350 ton

L’impalcato è sostenuto da apparecchi di appoggio in acciaio a disco elastomerico confinato; in particolare su ciascuna delle due spalle e su ciascuna pila sono disposti un appoggio unidirezionale longitudinale (per le azioni orizzontali trasversali) e un appoggio multidirezionale. Le azioni orizzontali longitudinali sono affidate a dei dispositivi meccanici (trasmettitori di impatto) che connettono la spalla A all’impalcato.

La sottostruttura dell’impalcato è costituita dalle due spalle e dalle 7 pile in calcestruzzo armato con una sezione rettangolare cava (3x6,5m con lati raccordati da curva a doppio raggio di curvatura), con altezze che variano tra i 17,5 e i 37 metri.

Le fondazioni delle spalle e delle pile sono tutte di tipo diretto; per le pile la dimensione massima della fondazione arriva a 1.020 m3 (20x17x3).

4 IL METODO E LE FASI

Per la realizzazione dell’impalcato a cassone l’area scelta per la prefabbricazione è posta nella parte po-steriore della spalla B, il successivo varo è effettuato con una doppia coppia di martinetti idraulici (2 per il sollevamento da 600 tonnellate, 2 per la spinta da 600 tonnellate).

L’effettiva realizzazione dell’impalcato è avvenuta attraverso il getto e successiva spinta di 8 conci di calcestruzzo, aventi lunghezza il primo di 25m, quelli intermedi di 45m e l’ultimo di 47m.

Lo studio dell’opera e la relativa metodologia di varo sono stati concepiti e messa a punto da Astaldi e verificata dalla Società di Ingegneria IN.PR.A. Inge-gneria srl, diretta dall’ing. Enrico Casalotti, che si è coordinato con la Società subappaltatrice (Spic Internazionale), il tutto sotto la supervisione e il coor-dinamento di Astaldi Spa.

Nell’area di prefabbricazione e spinta, larga 25 metri e lunga 200 metri, si sono realizzati tutti i conci e si è provveduto alla successiva spinta.

Il cassero per la realizzazione del concio ha le carat-teristiche geometriche (curvatura e pendenza) necessarie per rispettare le caratteristiche progettuali.

La gabbia di armatura, realizzata in un’apposita di-ma retrostante il cassero, è inserita tramite le due gru a portale di servizio.

Per le varie attività di casseratura, la movimentazio-ne dei materiali è assicurata dalla gru a torre.

Il getto dell’impalcato a cassone monocellulare è realizzato in tre fasi:

  • Soletta di base
  • Anime laterali
  • Soletta superiore

Una volta completato il getto di un concio e raggiun-te le resistenze meccaniche richieste si compie una prima messa in tensione di cavi rettilinei da 22 tre-foli ϕ 0,6”S, con risultante nel baricentro della se-zione a cassone, necessari per la fase di varo a spin-ta, dove le sezioni sono ciclicamente sottoposte a momenti flettenti positivi e negativi.

5 TEMPISTICA DI VARO E ATTREZZATURE

Le attività riguardanti il getto e la spinta hanno avuto una cadenza, considerando il concio di 45 metri, di circa 18 giorni.

Dall’inserimento della gabbia di armatura si contano i seguenti tempi intermedi:

  • 3 giorni per casseratura e getto della soletta di base;
  • 4 giorni per casseratura e getto delle anime laterali;
  • 6 giorni per casseratura e getto della soletta superiore;
  • 3 giorni per ottenere le resistenze meccani-che necessarie per la prima messa in ten-sione dei cavi rettilinei;
  • 1 giorno per la messa in tensione;
  • 1 giorno per la fase di spinta.

Le condizioni climatiche particolari hanno fatto si che nel periodo invernale, vista la maturazione tradi-zionale del calcestruzzo, i giorni necessari per otte-nere la resistenza meccanica necessaria per la prima messa in tensione sono aumentati fino a un massimo di 7, mentre nel periodo estivo, in ragione delle alte temperature raggiunte, i getti sono avvenuti solo nelle ore serali e notturne.

Il varo è stato realizzato per slittamento dei conci successivi, attraverso delle spinte realizzate tramite i martinetti idraulici, che provvedono a liberare il cas-sero dalla parte di concio già realizzata.

Le spinte totali realizzate sono 8 di cui l’ultima, di completamento, considerando la lunghezza del con-cio n. 8 pari 47m, arriva a una lunghezza totale di circa 95 metri.

La quota di varo è definita in funzione della successiva posa degli appoggi definitivi; nel corso delle spinte sono posizionati sulle pile degli appoggi provvisori (slitte), realizzate in materiale metallico e riempite di calcestruzzo, sormontate da una piastra in acciaio inox e pattino composito in teflon e neo-prene armato che hanno anche il compito di facilitare lo slittamento della struttura sulle stesse e a distri-buire in maniera adeguata le sollecitazioni che si creano nelle fasi di varo.

Nella parte anteriore del primo concio è posto un avambecco metallico che, collegato all’impalcato tramite apposite barre, serve a ridurre lo sbalzo dell’impalcato tra le differenti pile, appoggiandosi su quella in avanzamento, in maniera da ridurre le sollecitazioni transitorie sull’impalcato stesso ed ha lo scopo di aiutare l’imbocco dell’impalcato ai pattini di scorrimento delle slitte poste sulle spalle.

E’ costituito da due travate metalliche ad anima pie-na controventate e collegate mediante barre filettate annegate nel getto del primo concio gettato. Le due travi sono poste in asse alle anime verticali del con-cio e seguono la curvatura dell’intera opera. Ciascuna trave reca all’estremità libera un martinetto idraulico munito di piede d’appoggio necessario a recuperare la contro-freccia dovuta allo sbalzo e per mettere il corretto imbocco alle slitte di scorrimento. All’interno dell’avambecco è posta una passerella pedonale necessaria all’arrivo del personale alla pila da imboccare e su cui è posizionata la centralina idraulica di comando dei cilindri idraulici di recupero della contro-freccia. Le varie slitte (di scorrimen-to, su pila e su spalla) hanno funzioni diverse secondo il loro collocamento:

  • quelle di scorrimento sono posizionate sul-le singole pile e supportano e guidano l’impalcato durante la fase di spinta;
  • per quelle di scorrimento su spalla la fun-zione è di frenare l’impalcato durante la fase di rientro dei cilindri di spinta, ed en-trambe queste slitte su pile e su spalle hanno un sistema di guida laterale rego-labile e se necessario può inserirsi un martinetto idraulico ad azionamento ma-nuale per eventuali correzioni;
  • per quelle fisse su pila sono sostanzialmen-te delle carpenterie metalliche ancorate al testa pila e munite sulla parte superiore in asse alle anime verticali del viadotto di un pattino in acciaio inox su cui è fatto scorrere l’impalcato. Per ridurre l’attrito durante le fasi di spinta tra l’impalcato e la slitta sono inseriti dei piatti in teflon e neoprene armato;
  • per le slitte fisse sulle spalle come per le precedenti hanno al posto del pattino di scorrimento in neoprene un pattino di ac-ciaio zigrinato in modo da aumentare l’attrito e non permettere lo scorrimento dell’impalcato.

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