Progetto per la ricostruzione del viadotto sul fiume Savuto sulla SP 163/1 della Provincia di Catanzaro

Gennaro De Sensi, ingegnere specializzato in ricostruzioni di ponti, presenta il caso studio della ricostruzione del viadotto sul Fiume Savuto sulla SP 163/1 della provincia di Catanzaro con l’uso del software Midas Civil.


Premessa: le circostanze che hanno portato al progetto per ricostruire il viadotto sul Fiume Savuto

L’opera si rende necessaria a causa del crollo che nell’anno 2008 ha interessato lo storico viadotto sul fiume Savuto, avente lunghezza di circa ml 155.0 e larghezza pari a ml 6.0. Tale viadotto assume importanza notevole in quanto di fatto rappresenta l’unica viabilità alternativa alla S.S. 18 per recarsi da Nocera Terinese verso Campora San Giovanni e poi proseguire verso Amantea, Belmonte ed i vari Comuni della costa tirrenica cosentina, escludendo la percorrenza, peraltro articolata, dell’Autostrada SA-RC tra gli svincoli di Falerna e Cosenza Nord, per poi proseguire sulla S.S. 107 fino al Comune di Paola.

 

Stato ante crollo del ponte sul Savuto

IMMAGINE 1: Stato ante crollo del ponte

 

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IMMAGINE 2: Stato post crollo del ponte

 

Il ponte crollato strutturalmente era costituito da una serie di impalcati in c.a. poggiati su pile e spalle in c.a.

Le aree interessate dai lavori sono sottoposte a vincolo ambientale di cui al D.Igs N. 42/2004, trattandosi di interventi in ambito fluviale, e sono classificate dal piano di bacino della Regione Calabria come aree di attenzione per rischio idraulico assimilabili a R4. 

Limitatamente al sito interessato dal progetto ovvero lungo la sezione di attraversamento del Fiume, i dati ottenuti dalla campagna indagini effettuata, hanno consentito di acquisire che il volume significativo di terreno sul quale andrà ad essere  fondato l’impalcato strutturale del ponte è costituito sostanzialmente dai termini litologici alluvionali marcatamente eterogranulari la cui granulometria è associata alle formazioni architetturali costituenti il letto largo a canali anostomizzati del fiume Savuto.

L’impalcato sarà costituito da n° 4 campate per una lunghezza complessiva di ml 188.20; più in particolare le due campate esterne avranno una luce di ml 37.10 e le due centrali avranno luce di ml 57.00.

 

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 Sezione trasversale

 IMMAGINE 4: Sezione trasversale

 

Fasi costruttive del ponte e modello di calcolo

Per la progettazione del ponte in oggetto è stato modellato inizialmente il solo impalcato schematizzando i vincoli dello stesso con le pile e con le spalle mediante “elastic link”, ai quali sono state assegnate le rigidezze in direzione longitudinale (X) e trasversale (Y) al ponte, in relazione agli isolatori sismici elastomerici dimensionati, mentre in direzione verticale è stata considerata una rigidezza sufficientemente elevata da impedirne gli spostamenti.

Successivamente si è proceduto al calcolo delle pile e delle spalle, applicando le reazioni vincolari nelle singole condizioni di carico, cambiate di segno, ottenute dal calcolo dell’impalcato per come sopra specificato.

 

Modellazione FEM

 

Per tenere conto delle diverse fasi costruttive (CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS), della differente natura dei carichi e della variazione della rigidezza delle membrature sono state considerate le seguenti fasi costruttive relative all’impalcato:

  • FASE 1: la sezione resistente è costituita dalla sola sezione metallica. I carichi applicati sono costituiti dal solo peso proprio della carpenteria metallica;
  • FASE 2a: la sezione resistente è costituita dalla sola sezione metallica. I carichi applicati sono costituiti dal solo peso proprio della carpenteria metallica e dal peso proprio della soletta superiore considerata non ancora collaborante in corrispondenza delle spalle e della zona di campata;
  • FASE 2b: rispetto alla fase 2a si considera la sezione resistente costituita dalla sezione omogeneizzata trave metallica – soletta collaborante in corrispondenza delle spalle e della zona di campata, con apposito coefficiente di omogeneizzazione. Nella zona delle pile la sezione resistente rimane la sola sezione metallica. Si considerano gli effetti reologici sul calcestruzzo di cui al getto della fase 2°;
  • FASE 3a: si effettua il getto della soletta in corrispondenza delle pile. La sezione resistente è costituita dalla sezione omogeneizzata trave metallica – soletta collaborante, con apposito coefficiente di omogeneizzazione in corrispondenza delle spalle e delle campate, mentre in corrispondenza delle pile la soletta è considerata non ancora collaborante. I carichi applicati sono costituiti dal ritiro;
  • FASE 3b: la sezione reagente è costituita dalla sezione omogeneizzata trave metallica– soletta collaborante sull’intero impalcato. Si considerano gli effetti reologici sull’intero impalcato;
  • FASE 4: la sezione resistente è costituita dalla sezione omogeneizzata trave metallica – soletta collaborante, con apposito coefficiente di omogeneizzazione. I carichi applicati sono costituiti dai pesi portati sull’impalcato (binder e tappetino, cordolo per guard rail, guard rail, veletta laterale);
  • FASE CS: si considerano in tale fase tutti i carichi accidentali quali i carichi viaggianti, il vento, variazioni termiche, frenatura accelerazione, sisma, neve.

 

Nella Construction Stage Analysis, oltre a considerare la variabilità degli elementi strutturali attivi e delle condizioni di vincolo, si è tenuto conto anche degli effetti indotti dai fenomeni di viscosità e della variazione del modulo elastico del calcestruzzo in funzione del tempo e della durata di ciascuna fase.

Per le fasi costruttive dell’impalcato si è reso necessario realizzare opere provvisionali in alveo in grado di sostenere le strutture dell’impalcato in acciaio durante le fasi di getto della soletta, durante le quali risulta reagente la sola sezione in acciaio, fin quando avverrà la solidarizzazione della soletta in c.a. all’impalcato metallico mediante i pioli Nelson, saldati sull’estradosso dell’ala superiore delle due travi longitudinali e della trave di spina.

Per ciascuna fase costruttiva è stato approntato un apposito modello di calcolo monodimensionale agli elementi finiti. Le strutture sono state schematizzate mediante elementi monodimensionali di tipo “beam”, ai quali sono state assegnate le caratteristiche geometriche e inerziali relative alla corrispondente fase costruttiva. Lo schema statico è di trave continua su quattro campate. 

Nel modello relativo alle varie fasi le travi principali sono state modellate come elementi “beam” generici cui sono state assegnate le caratteristiche geometriche – inerziali delle sezioni omogeneizzate acciaio – calcestruzzo; i trasversi metallici sono stati modellati secondo la loro reale sezione, mentre la soletta inizialmente inserita come solo carico, è stata schematizzata come fasce trasversali di larghezza pari a ml 1 ed altezza pari a ml 0.27 nelle fasi 2b per la zona in corrispondenza delle spalle e delle campate, e nella fase 3b anche per la zona in corrispondenza delle pile. 

 

Analisi strutturale: com’è stato modellato il viadotto?

La struttura è stata modellata con elementi finiti bidimensionali (fondazioni e elevazione spalle in c.a.; fondazione pila in c.a) e monodimensionali (pali di fondazione e travi dell’impalcato).

Le spalle e le pile sono vincolate esternamente attraverso vincoli elastici applicati in corrispondenza dei pali di fondazione. In particolare, le rigidezze laterali del terreno sono calcolate in funzione dei parametri geotecnici di ogni strato del terreno.

L’impalcato come detto sopra è vincolato alle spalle ed alle pile mediante isolatori elastomerici schematizzati attraverso “elastic link”.

Il metodo di analisi adottato è quello dell’analisi dinamica lineare con spettro di risposta e fattore di struttura q.

In particolare, sono stati utilizzati gli spettri di risposti forniti dallo studio di risposta sismica locale, più severi degli spettri forniti dallo studio di pericolosità sismica di base. 

In particolare, i carichi variabili da traffico sono stati analizzati mediante la Moving Load Analysis, che consiste, inizialmente, nella definizione del maggior numero le linee di corsa compatibili con la larghezza della carreggiata, considerando una corsia convenzionale di larghezza pari a ml 3. L’analisi, eseguita con l’ausilio del software agli elementi finiti “Midas Civil” considera la disposizione dei carichi mobili sia lungo la corsia che trasversalmente all’interno di ciascuna corsia in modo tale da realizzare le condizioni di carico maggiormente gravose per i vari elementi strutturali del ponte.

 


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Vista 3d dall’alto delle strutture

IMMAGINE 6: Vista 3d dall’alto delle strutture

 

 

Vista 3d dal basso delle strutture

IMMAGINE 7: Vista 3d dal basso delle strutture

 

A seguito dell’analisi strutturale è stata effettuata la fase di design (postprocessione) dei vari elementi costituenti il ponte, in particolare dei pali di fondazione (modellati con elementi “beam”, delle fondazioni delle pile e delle spalle modellate con elementi “plate”, delle travi longitudinali dell’impalcato (modellate con elementi “composite beam”), dei traversi in acciaio (modellati con elementi “beam”) e della soletta in c.a. (modellata con elementi “beam” con asse longitudinale ortogonale all’asse del ponte).

In particolare, l’armatura longitudinale della soletta è stata ottenuta dall’analisi delle sezioni longitudinali composte in acciaio-calcestruzzo, mentre l’armatura trasversale è stata ottenuta mediante l’analisi degli elementi “beam” sopra descritti. Le armature degli elementi “plate” sono state progettate mediante l’utilizzo del software attraverso la schematizzazione “Column plate” e “Beam plate”, rispettivamente per setti e piastre.

Le sezioni più sollecitate per le sezioni composte risultano essere la sezione di campata per il momento positivo, e la sezioni di appoggio sulle pile per il momento negativo.

Sono state effettuate le verifiche agli Stati Limite di esercizio per i vari elementi costituenti il ponte nonché le verifiche a fatica per i pioli Nelson, mediante specifiche routine implementate nel software.

 

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