Progettazione di una passerella pedonale in materiale pultruso GFRP

Profili pultrusi in GFRP per la realizzazione della passerella pedonale sul Torrente Alenta

Allen Dudine - Ingegnere, Fibre Net Srl 13/06/2018 4181

La progettazione della struttura reticolare in materiale pultruso GFRP

L’intervento di ripristino di un ponte in c.a. sul Torrente ‘Alenta’, Comune di Ponte in provincia di Benevento, reso inagibile a causa di precipitazioni eccezionali nel mese di ottobre 2015, è stato occasione per la realizzazione di una passerella pedonale in materiale composito posizionata in adiacenza ad esso per il passaggio di alcuni sottoservizi.

L'onda di piena originata dalle precipitazioni piovose eccezionali aveva danneggiato il ponte e le infrastrutture ad esso ancorate determinando un intervento di urgenza a cura del Comune.

In aggiunta alle opere di ripristino del ponte per il passaggio veicolare, nell’ambito del rifacimento delle infrastrutture danneggiate è stata prevista la realizzazione di una struttura in profili pultrusi in G.F.R.P. (Glass Fiber Reinforced Polymers), disposta parallelamente alla campata del ponte, finalizzata all’attraversamento dei sottoservizi (acquedotto, gas e fognatura) e a consentire l'esecuzione in sicurezza della loro manutenzione.

Perche scegliere profili pultrusi in GFRP

La scelta del materiale pultruso è stata dettata dalle caratteristiche di leggerezza e dalla riduzione dei carichi agenti sulla struttura, in aggiunta all’elevata resistenza alla corrosione, agli agenti atmosferici e ai raggi UV, con conseguente maggiore durabilità ed efficacia dell’intervento.

La struttura della passerella, una doppia travatura reticolare in profili pultrusi in GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer), è stata progettata in collaborazione con Fibre Net, realizzata nelle sue componenti nel reparto produttivo e completamente montata in sede aziendale per l’esecuzione della prova di collaudo. A conclusione delle prove, portate a termine in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria e Architettura dell’Università di Trieste, la struttura reticolare è stata smontata in tre parti e trasportata in situ per il montaggio finale e la collocazione in opera.

Il progetto della passerella

La necessità di una struttura leggera e ad elevata durabilità ha indotto i progettisti a scegliere l’utilizzo del materiale pultruso GFRP, ovvero prodotto con fibre continue in vetro e resina mediante processo industriale al fine di ottenere elementi monodimensionali con forme geometriche molto simili a quelle della carpenteria tradizionale, caratterizzato da peso specifico ben inferiore a quello dell’acciaio e poco aggredibile dagli agenti atmosferici e corrosivi. 

La sensibile riduzione dei carichi sulle spalle di fondazione rispetto all’utilizzo di una struttura in carpenteria metallica, ha permesso una progettazione semplificata e soprattutto una movimentazione e posa in opera della struttura mediante macchine sollevatrici a bassa portata, e, di conseguenza, a dimensioni ridotte. Tali prerogative erano necessarie considerati gli spazi operativi estremamente ridotti del cantiere.

Infine, non essendo presenti particolari prescrizioni in termini di amagneticità della struttura, le giunzioni tra profili sono state dimensionate mediante l’utilizzo di piastre e collegamenti bullonati realizzati in acciaio.

La modellazione della struttura è stata di tipo tridimensionale che fa uso sia di elementi monodimensionali di tipo beam per la modellazione delle travature reticolari, che di elementi bidimensionali di tipo shell per la modellazione del grigliato.

Il grigliato di calpestio è stato modellato come elementi tipo shell ai fini della distribuzione dei carichi orizzontali e gravitazionali sugli elementi strutturali che compongono l’ossatura della travatura reticolare. Gli elementi orizzontali e verticali in pultruso sono stati inseriti come elementi monodimensionali di tipo beam.

Il valore della massa strutturale per il calcolo dei periodi propri di vibrazione della struttura è stato introdotto in base alla massa propria degli elementi strutturali principali calcolata automaticamente dal programma e dai carichi permanenti portati e una aliquota di carichi accidentali.

Non sono stati introdotti volutamente constraints di piano tipo diaphragm la cui funzione sarebbe stata quella di legare i movimenti orizzontali dei nodi che giacciono sul medesimo piano.

Agli appoggi è stato inserito un tratto rigido al fine di simulare la presenza della piastra in acciaio di base, e permettere quindi la rotazione sia in fase di progetto che in quella di collaudo, mentre ove presente, si è voluto mantenere la continuità delle aste attraverso il nodo poiché effettivamente la situazione di progetto lo prevedeva.

l'uso di profili pultrusi in GFRP per la realizzazione della passerella pedonale

Modello numerico di progetto, particolare agli appoggi

l'uso di profili pultrusi in GFRP per la realizzazione della passerella pedonale

Modello numerico estruso di collaudo 

Per ciò che concerne la progettazione degli elementi strutturali, i carichi sono stati definiti in modo tale da ottenere, sui profili componenti la struttura reticolate, sollecitazioni distinte (azione assiale, taglio e momento flettente) e quindi determinarne la capacità portante e le sollecitazioni giungenti sui pali di fondazione, la cui esecuzione è stata completata preliminarmente alle fasi di movimentazione e posa in opera della reticolare, e con tempistiche tali da permettere un eventuale consolidamento ed assestamento dei plinti di fondazione prima di completare l’opera.

I carichi gravanti sulle strutture principali sono stati inseriti in base all’ubicazione dell’opera e secondo i criteri definiti ai sensi delle NTC 2008 e successiva Circolare Ministeriale n. 617/2009. 

In fase progettuale, infine, la definizione dei profili necessari alla creazione della struttura portante è stata svolta utilizzando le formule di dimensionamento e verifica ai sensi della norma di riferimento CNR DT 205/2007 “Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture realizzate con Profili Pultrusi di Materiale Composito Fibrorinforzato (FRP)” mediante un’analisi numerica semplificata, così come avviene per la progettazione della carpenteria ordinaria.

l'uso di profili pultrusi in GFRP per la realizzazione della passerella pedonale

Diagramma delle sollecitazioni assiali come da combinazione 

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L'articolo continua con la descrizione della struttura, dei materiali, delle prove di carico per finire con la descrizioni delle fasi di trasporto e montaggio

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