Ponteggio sospeso per il rifacimento del cordolo di un ponte: verifiche FEM e stabilità flesso-torsionale

L’articolo analizza la progettazione e le verifiche strutturali di un ponteggio sospeso realizzato per il rifacimento del cordolo laterale di un ponte presso Ora (BZ), in assenza di possibilità di puntellazione dal basso a causa del corso d’acqua sottostante.

Il caso studio approfondisce l’impiego di travi reticolari in alluminio sospese mediante catene verticali e inclinate, evidenziando le criticità legate alla stabilità flesso-torsionale, ai vincoli torsionali realmente efficaci in cantiere e ai limiti delle analisi agli autovalori di buckling applicate a sistemi con elementi reagenti solo a trazione.

L’articolo è rivolto ai progettisti strutturali e ai tecnici delle opere provvisionali interessati ai problemi di stabilità dei sistemi sospesi e alla modellazione FEM delle strutture leggere.

Ponteggio sospeso su ponte: configurazione, vincoli e criticità strutturali

La progettazione delle opere provvisionali sospese rappresenta uno degli ambiti più delicati dell’ingegneria di cantiere, soprattutto quando l’assenza di appoggi a terra obbliga a trasferire i carichi direttamente alle strutture esistenti.

Nel caso in esame, il rifacimento del cordolo laterale di un ponte ha richiesto la realizzazione di un ponteggio sospeso completamente vincolato all’impalcato esistente, mediante travi reticolari in alluminio sostenute da catene verticali e inclinate.

Le analisi sviluppate sul caso studio hanno evidenziato la forte influenza dei vincoli torsionali sul comportamento della trave reticolare sospesa e sulla risposta globale del sistema.

Attraverso modelli FEM globali e modelli semplificati della singola trave, vengono analizzati:

• i limiti dell’analisi agli autovalori di buckling;
• l’effetto stabilizzante apparente delle catene;
• il ruolo della lunghezza libera torsionale;
• l’importanza dei ritegni realmente efficaci in cantiere.

Configurazione del ponteggio sospeso

Il sistema adottato prevede travi reticolari modulari in alluminio, sostenute mediante catene verticali e catene inclinate ancorate alla struttura esistente. L’alluminio è stato scelto per la leggerezza degli elementi e per la maggiore facilità di movimentazione e montaggio in un contesto con spazi ridotti e geometrie interferenti.

L’impalcato del ponteggio è stato collocato al di sotto della quota del cordolo da ricostruire, consentendo agli operatori di lavorare in sicurezza senza interferire con il corso d’acqua e senza ricorrere a sostegni fondati nell’alveo.

Dati tecnici del sistema: travi, catene e carichi di progetto

Dati principali del sistema sospeso:

• ponteggio sospeso realizzato mediante travi reticolari modulari in lega di alluminio AW 6082 T6, altezza complessiva 250 mm e moduli disponibili da 1,0 m a 6,0 m;
• corrente superiore costituito da profilo speciale estruso a “U” 53 × 50 × 5 mm, corrente inferiore in tubo Ø 48,3 × 4 mm e irrigidimenti reticolari costituiti da piatti sagomati ad “X” spessore 5 mm;
• sospensione mediante catene verticali e inclinate;
• assenza di appoggi nell’alveo del corso d’acqua;
• peso del nuovo cordolo: circa 550 kg/ml.

Le verifiche strutturali sono state sviluppate considerando i carichi permanenti e variabili agenti sul sistema sospeso, inclusi peso proprio, carichi di servizio del ponteggio, casserature, getto del nuovo cordolo e azioni del vento, secondo le combinazioni previste dalle NTC 2018.

Per il nuovo cordolo è stato assunto un peso pari a circa 550 kg/ml. Tale valore risulta particolarmente significativo se rapportato alla leggerezza delle travi reticolari in alluminio (27,1 kg con L=6,00 mt) e rende necessario uno studio attento sia della resistenza degli elementi sia della stabilità globale del sistema sospeso.

Stabilità flesso-torsionale delle travi in alluminio: perché il modello globale non è sufficiente

Le travi reticolari leggere in alluminio offrono vantaggi operativi rilevanti, ma presentano una marcata sensibilità ai fenomeni di instabilità flesso-torsionale dei correnti compressi, soprattutto in presenza di carichi elevati ed eccentrici rispetto al piano principale della trave. Nel caso in esame il corrente superiore compresso rappresentava l’elemento più delicato. Per questo motivo non è stato sufficiente verificare la sola resistenza assiale degli elementi, ma è stato necessario valutare la risposta globale della trave e l’efficacia dei vincoli torsionali effettivamente realizzati in cantiere.

Modellazione FEM tridimensionale: comportamento non lineare delle catene

Il comportamento del sistema sospeso è stato analizzato mediante modello FEM globale tridimensionale. Le catene sono state considerate come elementi reagenti esclusivamente a trazione, introducendo un comportamento non lineare coerente con la reale risposta fisica del sistema.

Nel modello completo utilizzato per le analisi non lineari, tuttavia, la sensibilità della singola trave reticolare all'instabilità flesso-torsionale del profilo compresso non risultava immediatamente evidente. Questo comportamento è riconducibile alla formulazione linearizzata dell’analisi di buckling, nella quale le catene contribuiscono alla rigidezza tangente del sistema anche in configurazioni che, nella risposta reale non lineare, comporterebbero una riduzione o perdita della loro tensione.

Effetti delle catene nell'analisi agli autovalori di buckling: il rischio di stabilizzazione apparente

Nelle analisi agli autovalori di buckling, la presenza delle catene modifica significativamente la rigidezza globale del sistema sospeso e influenza il moltiplicatore critico ottenuto dall’analisi agli autovalori.

Nel caso in esame, il confronto tra modello globale e modello semplificato della sola trave reticolare ha mostrato come il sistema di sospensione possa mascherare parte della sensibilità sensibilità all’instabilità flesso-torsionale del corrente compresso.

Per questo motivo il moltiplicatore critico del modello globale è stato utilizzato principalmente come parametro comparativo tra differenti configurazioni di vincolo, affiancandolo a verifiche specifiche sulla singola trave reticolare.

Modello semplificato della trave isolata: misurare la vulnerabilità locale senza le catene

Per isolare il fenomeno e comprenderne il meccanismo resistente è stato estrapolato un modello semplificato costituito dalla sola trave reticolare in alluminio. La rimozione del sistema di sospensione ha permesso di valutare la sensibilità intrinseca della trave, eliminando il contributo stabilizzante delle catene.

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Riferimenti normativi e tecnici
D.M. 17/01/2018 – Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018);
Circolare 21/01/2019 n. 7 C.S.LL.PP. – Istruzioni applicative alle NTC 2018;
UNI EN 1999-1-1 – Progettazione delle strutture di alluminio;
UNI EN 12811 – Attrezzature provvisionali di lavoro – Ponteggi;
UNI EN 1991-1-4 – Azioni del vento sulle strutture;
Documentazione tecnica del sistema modulare in alluminio Pilosio;
Analisi FEM sviluppate mediante software NextFEM Designer.

FAQ TECNICHE - Ponteggio sospeso: verifica FEM e stabilità flesso-torsionale | Ingenio

Perché non è stato possibile utilizzare puntellazioni da terra?

La presenza del corso d’acqua sottostante impediva la realizzazione di appoggi tradizionali nell’alveo del ponte.

Perché sono state utilizzate travi reticolari in alluminio?

Per ridurre il peso proprio del sistema sospeso e facilitare movimentazione e montaggio in spazi limitati.

Qual è stata la criticità strutturale principale?

La stabilità flesso-torsionale del corrente superiore compresso delle travi reticolari.

Perché il modello globale FEM può risultare non sufficiente?

Perché le catene possono introdurre effetti stabilizzanti apparenti nelle analisi agli autovalori di buckling.

A cosa servono i ritegni torsionali intermedi?

A ridurre la lunghezza libera torsionale della trave e incrementarne il moltiplicatore critico di buckling.

Qual è il vantaggio del modello semplificato della sola trave?

Permette di isolare il comportamento instabile locale eliminando gli effetti stabilizzanti del sistema globale.