Cavalcavia ad unica campata con struttura ad arco in acciaio: progetto, dettagli costruttivi e fasi costruttive

Progettazione del Cavalcavia via Cavallera – Autostrada A4

Il Cavalcavia via Cavallera – Autostrada A4 nel comune di Castegnato (BS) è un importante esempio di opera di scavalcamento in acciaio di un tratto autostradale in cui emergono qualità esecutiva, velocità costruttiva e la cura per i minimi dettagli a partire dalla fase progettuale fino alla messa in opera.

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Descrizione dell’opera

L’opera denominata Cavalcavia Cavallera, posta alla progressiva chilometrica 0+257,99, è stata ultimata nel Luglio 2017 per lo scavalco dell’autostrada A4 Milano – Brescia per consentire l’interconnessione fra le due importanti direttrici A35 e A4.

Il cavalcavia è costituito da un’unica campata in semplice appoggio di lunghezza complessiva di 61 m, formata da una struttura ad arco portante sottile e trave irrigidente.

L’opera accoglie una strada tipo F2, presentando quindi una larghezza utile del pavimentato pari a 8.50m e due marciapiedi laterali da 2,3m, per una larghezza complessiva di 13,10m. Sono state previste barriere di sicurezza tipo H4 bordo ponte. 

Tutti gli elementi metallici sono studiati per esser prefabbricati in officina con conci di lunghezza massima 13.00m. In relazione alla loro lunghezza i conci risultano trasportabili senza oneri specifici.

Per la struttura metallica del cavalcavia sono state utilizzate le tipologie di acciaio S355J2+N e S355K2+N (ex Fe 510 D, ex Fe 510 DD) per gli elementi saldati, mentre S355J0 (ex Fe 510 C) per quelli non saldati. Sono state previste per l’impalcato solo giunzioni di tipo saldato.

La struttura dell’impalcato è un sistema combinato a trave con arco sottile superiore di rinforzo e reggispinta (sistema chiuso), nota anche come travata Langer. Lo schema strutturale è composto da:

  • 2 archi a sezione tubolare 1067x25 mm inclinati di 6° rispetto alla verticale, presentando una freccia di 8.40m e una luce di 60m;
  • 2 travi composte saldate a doppio T di altezza 1.50m, poste ad interasse pari a 14.20 m, che fungono da sistema irrigidente e da catena per gli archi;
  • 3 traversi superiori a sezione tubolare 813x25mm che collegano superiormente i due archi;
  • 15 Traversi saldati a doppio T ad altezza variabile, posti a interasse di 3.75m e con funzione di collegamento tra le travi e sostegno della soletta, aventi una conformazione che garantisce la pendenza traversale per lo solo delle acque meteoriche;
  • 2 travi trasversali agli estremi a collegamento dei nodi arco-catena;
  • 28 pendini con funzione di tiranti radiali a sezione tubolare 194x10 mm;
  • Soletta in conglomerato cementizio armato larga complessivamente 11.70m e spessore medio pari a 20cm più 6mm di lastra di acciaio, collaborante con i traversi per mezzo di appositi connettori a taglio.

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Vista della travata

La geometria dell’arco è stata studiata in modo da essere la funicolare sia dei pesi propri sia dei permanenti portati in quanto i pendini sono posti radialmente. Per questa ragione in generale i momenti risultano molto bassi, eccezione fatta per i carichi accidentali ottenendo uno stato tensionale prevalente di compressione. La sezione circolare conferisce all’arco sia resistenza membranale nei confronti delle sollecitazioni derivanti dai carichi accidentali e mobili del traffico, sia resistenza all’instabilità fuori dal piano.

Dal punto di vista costruttivo, l’arco è stato suddiviso in parti uguali approssimandolo con dei segmenti di retta in maniera che la polilinea risultante fosse la più vicina possibile ad un arco di cerchio avente raggio di circa 56 m. I conci che costituiscono l’arco hanno una lunghezza massima di 4 metri e sono stati ricavati da tubi rettilinei di lunghezza commerciale. Ogni singolo concio è stato tracciato secondo le indicazioni dei disegni costruttivi e successivamente tagliato mediante ossitaglio impiegando un’attrezzatura costruita appositamente.

Gli elementi tubolari sono stati realizzati mediante piegatura a freddo S355J2H secondo EN10219-1, con giunto longitudinale saldato con procedimento ad arco sommerso SAW (submerged arc welding). I conci a loro volta sono stati uniti in officina mediante una saldatura a piena penetrazione, fino a formare un macro concio avente una lunghezza di circa 12 metri.

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Viste del modello di calcolo agli elementi finiti

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Schema strutturale a telaio e a portale equivalente dell’impalcato

I trasversi dell’arco sono stati ricavati da tubi rettilinei di lunghezza commerciale, realizzati mediante piegatura a freddo S355J2H secondo UNI EN 10219-1, con giunto longitudinale saldato con procedimento ad arco sommerso SAW. Anche in questo caso le estremità dei traversi sono state tracciate seguendo le indicazioni dei disegni costruttivi, e successivamente tagliate mediante ossitaglio impiegando un’attrezzatura costruita appositamente.  Il taglio ha consentito di realizzare la sgolatura, necessaria per garantire che il traverso potesse sposarsi con il tubo principale.
Nei tubi sono state eseguite delle asole per inserire le piastre per l’attacco dei pendini e dei dischi trasversali come rinforzo dei tubi. Per i pendini sono stati impiegati tubi realizzati mediante piegatura a freddo S355J2H secondo EN10219-1, con giunto longitudinale saldato con procedimento mediante resistenza elettrica ERW (electric resistance welded).

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Vista dei pendini

Particolare attenzione è stata riposta sia in fase di progettazione sia durante la costruzione nella sezione di attacco con la catena. Sono stati previsti infatti differenti elementi di irrigidimento sia trasversali sia longitudinali (elementi piatti) a rinforzo di tale nodo, in modo tale anche da garantire una più uniforme trasmissione degli sforzi agli apparecchi d’appoggio e agli eventuali martinetti.

L’impalcato è stato realizzato interamente mediante saldatura di lamiere in acciaio S355J2+N secondo EN10025-2.

Tutti i traversi sono stati connessi alla soletta mediante piolatura e sono stati collegati alle travi principali mediante unioni saldate, per non generare problemi di deformazione differenziale e quindi di congruenza tra traverso e soletta, dal momento che tali unioni non permettono alcun tipo di movimento relativo tra le parti giuntate.
Per le connessioni a taglio tra la struttura metallica ed il calcestruzzo sono stati utilizzati pioli Nelson KB Ø19x150 tipo SD1, in acciaio S235J2G3+C450 (ex ST 37-3K) in accordo con UNI EN ISO 13918.

La realizzazione della soletta è stata prevista con il sistema costruttivo a prédalles: la soletta, appoggiandosi sui traversi, è costituita da una lastra in acciaio dello spessore di 6mm, alla quale sono stati saldati i tralicci elettrosaldati di altezza 15 cm, posti ad interasse di 40 cm armate con tralicci elettrosaldati, autoportanti nei confronti del getto in opera della soletta. La presenza di pioli connettori tipo Nelson sui traversi garantisce una piena collaborazione tra la soletta e la carpenteria metallica dei traversi.

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All'interno dell'articolo integrale

> la descrizione dei dispositivi di vincolo

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> la descrizione  della costruzione dell’opera

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Dati dell'opera

Nome opera CVAX1 - Cavalcavia Via Cavallera
Luogo Castegnato (BS) - Interconnessione Autostrade A4 e A35
Durata lavori Gennaio - Luglio 2017
Contraente generale  Interconnessione scarl:mandataria: Impresa Pizzarotti & C. spa; mandante: Itinera spa
Concedente   Connessioni Autostradali Lombarde
Concessionaria   Società di Progetto BREBEMI spa
Progetto definitivo Ing. Piacentini per conto del GC Consorzio BBM
Progetto esecutivo Ing. Piacentini per conto del GC Interconnessione Scarl
Costruttore metallico C.M.M. Fratelli Rizzi srl
Fotografie    Gentile concessione di C.M.M. Fratelli Rizzi
Schema statico    Arco a via inferiore - Travata Langer
Luce totale    61 m
Campate Campata unica
Impalcato Tipologia: sezione composta acciaio-cls a doppia trave e traversi
Larghezza:  13,1 m
Altezza costante:  1,5 m
Acciaio impiegato S355J2+N, S355K2+N - elementi saldati S355J0 - profili tubolari per traversi superiori
Altri dati significativi    Peso totale acciaio: 308 t
Dispositivi di vincolo utilizzati: appoggi - isolatori sismici elastomerici

Articolo a cura di FONDAZIONE PROMOZIONE ACCIAIO


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