Lezione PONTI E GRANDI STRUTTURE. Prof. Pier Paolo Rossi Università degli Studi di Catania

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1 Lezione PONTI E GRANDI STRUTTURE Prof. Pier Paolo Rossi Università degli Studi di Catania

2 I ponti a struttura mista acciaio- cls

3 I ponti a struttura mista acciaio-cls Vantaggi Ⱶ Basso peso proprio della sovrastruttura fondazioni e appoggi più economici forze sismiche minori ricostruzione e adeguamento più economico Ⱶ Assemblaggio in situ costi di trasporto e sollevamento minori Ⱶ Nessun sostegno richiesto nessuna interruzione del traffico Ⱶ Lunghe campate e limitate altezze d impalcato eliminazione delle casseforme maggiore snellezza minor numero di pile Ⱶ Massima prefabbricazione alta qualità pochi getti in opera elevata velocità di costruzione bassi costi di mano d opera 3

4 I ponti a struttura mista acciaio-cls Utilizzo più razionale Ⱶ Ⱶ Ⱶ Le sezioni composte acciaio calcestruzzo sono idonee per semplici campate, poiché il calcestruzzo della soletta è sollecitato a compressione mentre la trave in acciaio è sollecitata a trazione e taglio. Nelle zone a momento negativo di travi continue, la compressione nelle fibre al bordo inferiore della trave richiede spesse flange per controllare l instabilità, mentre la trazione al bordo superiore richiede una grande quantità di barre d acciaio per controllare la fessurazione. Il getto di una doppia soletta (al bordo inferiore e superiore) è giustificato solo per lunghe campate. 4

5 Sezioni dei ponti a struttura mista acciaio- cls

6 Ponti a struttura mista acciaio-cls Tipiche sezioni trasversali Ponte con travi a doppio T Ponte con travi scatolari chiuse Ponte con trave scatolare aperta 6

7 Ponti a struttura mista acciaio-cls Tipiche sezioni trasversali

8 L impalcato dei ponti a sezione composta

9 L impalcato misto acciaio-cls Sezione aperta parapetto sicurvia irrigidimento d appoggio trave in acciaio traversi intermedi Traversi d appoggio apparecchio d appoggio SEZIONE DI MEZZERIA SEZIONE D APPOGGIO 9

10 L impalcato misto acciaio-cls Realizzazione (usuale) con traversi a sezione non-composta Se si dispongono molte travi : Le travi sono vicine; La soletta può essere alquanto sottile, avere ali corte ed essere gettata in opera su casseformi di metallo o legno oppure essere prefabbricata. Se si dispongono due travi : Le travi sono lontane. La soletta non può essere molto sottile e ci si deve avvalere di rialzi in prossimità delle travi. Le ali sono spesso lunghe e il getto della soletta avviene spesso con metodi meccanizzati. 10

11 L impalcato misto acciaio-cls Realizzazione con traversi a sezione composta 11

12 Impalcato gettato in opera Sezione trasversale della soletta soletta di spessore uniforme soletta con bulbo soletta di spessore variabile soletta con sbalzi di spessore variabile 12

13 L impalcato Dimensioni e materiali usuali (con più di due travi) Spessore soletta cm Spaziatura travi longitudinali m Lunghezza sbalzi m Cls (getto in opera) C30/37 o C35/40 Acciaio S355 o superiore 13

14 La soletta Modalità di realizzazione La soletta dell impalcato del ponte può essere : Ⱶ completamente gettata in opera Ⱶ parzialmente prefabbricata suola in cls con travi reticolari (predalles) lamiera grecata Ⱶ (quasi) totalmente prefabbricata 14

15 Soletta gettata in opera Realizzazione con cassaforma fissa (soluz. 1) Vantaggi e svantaggi : Tempi di esecuzione lunghi Nessun problema di instabilità latero torsionale in fase di getto Azione composta generata anche per carichi permanenti strutturali Ridotte sollecitazioni sulle travi in fase di getto Ridotti valori di contromonta delle travi Elevati sforzi di ritiro del cls 2 getto della soletta 1 travi e cassaforma 3 rimozione dei sostegni 15

16 Soletta gettata in opera Realizzazione con cassaforma fissa (soluz.2) Vantaggi e svantaggi : Tempi di esecuzione lunghi Moderati sforzi di ritiro Uso di moderate quantità di acciaio strutturale Dettaglio del nodo 1 travi e cassaforma 2 getto nella parte di mezzeria 3 rimozione dei sostegni 4 getto sugli appoggi interni 16

17 Soletta gettata in opera Realizzazione con cassaforma mobile Vantaggi e svantaggi : Tempi di esecuzione lunghi Elevati sforzi di ritiro Uso di elevate quantità di acciaio strutturale Bridge Wilde Gera Bridge Albrechtsgraben 17

18 Soletta gettata in opera Realizzazione a spinta Realizzazione : La soletta viene realizzata in opera in cantiere protetto ad un estremità del ponte e spinta in maniera incrementale sulle travi Vantaggi e svantaggi : La cassaforma è utilizzata in modo ripetitivo Il calcestruzzo è gettato e stagionato in cantiere protetto La soletta è strutturalmente continua La fessurazione per ritiro e viscosità è ridotta Il rischio di incidenti per i lavoratori è ridotto Si generano elevate forze di attrito tra la soletta e le travi La tecnica risulta inapplicabile per ponti curvi Sequenza di messa in opera tratto da: Rosignoli M. Bridge construction equipment. ICE Publishing 18

19 Soletta gettata in opera Realizzazione a spinta Soluzione 1 Soluzione 2 19

20 Soletta semiprefabbricata Realizzazione con lastre prefabbr. e getto di completamento Realizzazione : Le lastre prefabbricate sono utilizzate come casseformi per il getto di completamento e poggiate alle travi Gli sbalzi sono realizzati con getto in opera e sono sostenuti da casseformi convenzionali vincolate alle travi di estremità elementi prefabbricati (direzione dei tralicci ortogonale alle travi) (lunghezza tipica 8-10 m larghezza tipica 2.5 m altezza tipica 7-10 cm ) area gettata in opera Sezione trasversale Pianta tratto da: Vayas I., Iliopoulos A. Design of stee-concrete composite bridges to Eurocodes. CRC Press 20

21 Soletta semiprefabbricata Realizzazione con lastre prefabbr. e getto di completamento Vantaggi e svantaggi : Tempi di esecuzione brevi Moderati sforzi dovuti a ritiro e viscosità Facile costruzione elementi prefabbricati (lunghezza tipica 8-10 m larghezza tipica 2.5 m altezza tipica 7-10 cm ) Attenzione : Strisce elastiche vanno poste tra le lastre prefabbricate e le travi longitudinali I giunti tra le lastre vanno sigillati con malta antiritiro prima del getto della soletta Un`armatura va disposta a cavallo dei giunti trasversali delle lastre prefabbricate area gettata in opera Pianta 21

22 Soletta semiprefabbricata Realizzazione con lastre prefabbr. e getto di completamento Realizzazione : Le lastre prefabbricate sono utilizzate come casseformi per il getto di completamento e poggiate alle travi Le lastre prefabbricate sono utilizzate come casseformi per la parte interna e per gli sbalzi dell impalcato Il getto di completamento va eseguito dall interno verso l esterno elementi prefabbricati (lunghezza tipica 8-10 m larghezza tipica 2.5 m altezza tipica 7-10 cm ) Sezione trasversale Pianta 22

23 Soletta semiprefabbricata Realizzazione con lastre prefabbr. e getto di completamento Vantaggi e svantaggi : Tempi di esecuzione brevi Moderati sforzi dovuti a ritiro e viscosità Facile costruzione Attenzione : Strisce elastiche vanno poste tra le lastre prefabbricate e le travi longitudinali I giunti tra le lastre vanno sigillati con malta antiritiro prima del getto della soletta Un`armatura va disposta a cavallo dei giunti trasversali delle lastre prefabbricate e dei connettori sulle travi esterne elementi prefabbricati (lunghezza tipica 8-10 m larghezza tipica 2.5 m altezza tipica 7-10 cm ) Pianta barre trasversali 23

24 Soletta prefabbricata Realizzazione con lastre prefabbr. e getto di completamento Realizzazione : Le lastre prefabbricate costituiscono l`intera soletta Le lastre prefabbricate sono utilizzate per la parte interna e per gli sbalzi dell impalcato Il getto di completamento va eseguito per solidarizzare la lastre ai connettori elementi prefabbricati Sezione trasversale Pianta 24

25 Soletta prefabbricata Realizzazione con lastre prefabbr. e getto di completamento Vantaggi e svantaggi : Tempi di esecuzione molto brevi Sforzi nulli dovuti a ritiro e viscosità Importante know-how Trasporto non semplice Attenzione : Sezione A-A elementi prefabbricati A Un`armatura trasversale è predisposta a cavallo dei connettori A Pianta 25

26 Soletta prefabbricata Realizzazione con lastre prefabbr. e getto di completamento Istantanee di esecuzione tratto da: Full depth deck panels guidelines for accelerated bridge deck replacement or construction. PCI, Report No. PCINER-11-FDDP

29 Soletta semiprefabbricata Realizzazione con lamiera grecata e getto di completamento Realizzazione : La lamiera grecata costituisce la cassaforma della parte interna del ponte Gli sbalzi sono realizzati con getto in opera e sono sostenuti da casseformi convenzionali vincolate alle travi di estremità lamiera grecata Vantaggi e svantaggi : Tempi di esecuzione alquanto brevi Facilita di posizionamento delle lamiere Pianta 29

30 Soletta semiprefabbricata Realizzazione con lamiera grecata e getto di completamento 30

31 Soletta semiprefabbricata Realizzazione con travi composte parzialmente prefabbricate Realizzazione : La trave composta parzialmente prefabbricata costituisce la cassaforma per il successivo getto di completamento Vantaggi e svantaggi : Tempi di esecuzione brevi Economia nel quantitativo di acciaio Elevata sostenibilità 31

32 Soletta semiprefabbricata Realizzazione con travi composte parzialmente prefabbricate 32

33 Esempi di ponti con sezioni a doppio T

34 Ponti a struttura mista acciaio-cls Ponti con sezioni a doppio T Esempio di impalcato con sezioni a doppio T 34

35 Struttura longitudinale Realizzazione con travi a doppio T Triel-sur-Seine, Yvelines, Île-de-France (Francia) coordinate 48 58' 4.00" N 2 0' 4.00" E Ponte con due travi a doppio T Lunghezza totale=635 m Campate 73 m m - 3 x 124 m - 85 m Larghezza m anno

36 Struttura longitudinale Realizzazione con travi a doppio T Langerfelder Bridge (Germania) coordinate ,3 N ,2 O Ponte con tre travi a doppio T Lunghezza totale=330 m anno

37 Struttura longitudinale Realizzazione con travi a doppio T vista laterale sezione Langenfelder Bridge (Germania) 37

38 Struttura longitudinale Realizzazione con travi a doppio T Chelles, Seine-et-Marne (77), Île-de-France (Francia) coordinate Ponte con quattro travi a doppio T Lunghezza totale=104 m Campate 43 m - 61 m Larghezza m anno

39 Struttura longitudinale Realizzazione con travi a doppio T Hafenbahn Bridge, Duisburg, North Rhine-Westphalia (Germania) Ponte con molte travi a doppio T Lunghezza totale=303 m Campate m - 5 x m m Larghezza m anno

40 Struttura longitudinale Realizzazione con travi a doppio T John Smeaton Viaduct, Leeds (Inghilterra) Ponte con due travi a doppio T (ladder deck bridge) Lunghezza totale=510 m N. Campate 12 anno

41 Esempi di ponti con sezioni scatolari chiuse

42 Struttura longitudinale Ponti con travi scatolari chiuse Esempio di impalcato con sezioni scatolari chiuse 42

43 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari chiuse Bridge Schleusetal, Schleusingen (Germania) Ponte con travi scatolari chiuse Lunghezza totale=688 m anno

44 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari chiuse vista laterale sezione trasversale in mezzeria Bridge Schleusetal (Germania) 44

45 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari chiuse Ponte a Hagen-Schwerte, North Rhine-Westphalia (Germania) coordinate 51 24' 51.00" N 7 30' 22.00" E Ponte con travi scatolari chiuse Lunghezza totale=240 m. Campate m m m anno

46 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari chiuse sezione trasversale all appoggio sezione trasversale in mezzeria estremità della trave trasversale vista laterale Pontea Hagen-Schwerte, North Rhine-Westphalia (Germania) 46

47 Esempi di ponti con sezioni scatolari aperte

48 Struttura longitudinale Ponti con travi scatolari aperte Esempio di impalcato con sezioni scatolari aperte 48

49 Struttura longitudinale Ponti con travi scatolari aperte Esempi di impalcato con sezioni scatolari aperte 49

50 Struttura longitudinale Ponti con molteplici travi scatolari aperte Esempio di impalcato con molteplici sezioni scatolari aperte 50

51 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari aperte Neuötting Bridge, Altötting, Bavaria (Germania) coordinate 48 14' 0" N 12 42' 0" E Ponte con travi scatolari aperte Lunghezza totale= m m m m m anno

52 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari aperte sezione trasversale in mezzeria sezione trasversale all appoggio sezione trasversale in mezzeria sezione trasversale all appoggio Neuötting Bridge, Altötting, Bavaria (Germania) 52

53 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari corrugate Altwipfergrund Viaduct, Ilmenau, Ilm-Kreis, Thuringia (Germania) coordinate N O Ponte con travi scatolari aperte Lunghezza totale=280 m. Campate m m m anno

54 Struttura longitudinale Ponti con travi scatolari aperte larghe Esempi di impalcato con sezioni scatolari aperte larghe 54

55 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari aperte larghe Wilde Gera Viaduct, Ilmenau, Ilm-Kreis, Thuringia (Germania) coordinate N E Ponte con trave scatolare aperta Lunghezza totale=552 m. Campate 30 m - 36 m - 10 x 42 m - 36 m - 30 m anno

56 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari aperte larghe elemento trasversale elemento longitudinale Wilde Gera Viaduct, Ilmenau, Ilm-Kreis, Thuringia (Germania) 56

57 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari aperte larghe Albrechtsgraben Viaduct, Suhl, Thuringia (Germania) coordinate 50 36' 34.55" N 10 38' 8.97" E Ponte con trave scatolare aperta Lunghezza totale=770 m. Campate 45 m + 55 m + 60 m + 3 x 70 m m + 70 m + 60 m + 55 m + 44 m anno

58 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari aperte larghe Albrechtsgraben Viaduct, Suhl, Thuringia (Germania) 58

59 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari aperte larghe Ponte di Oehde, Wuppertal, North Rhine-Westphalia (Germania) coordinate Ponte con trave scatolare aperta Lunghezza totale=418.3 m. Campate 4,0-64,0-2 x 72,8-64,0-56,0-44,7 m anno

60 Struttura longitudinale Realizzazione con travi scatolari aperte larghe Ponte di Oehde, Wuppertal, North Rhine-Westphalia (Germania) 60

61 Esempi di ponti con impalcato a piastra ortotropa

62 Struttura longitudinale Ponti con impalcato a piastra ortotropa Nei ponti metallici la necessità di ridurre il peso proprio ha portato alla costruzione di impalcati totalmente metallici, dove il piano viario è realizzato da una lastra di acciaio e da una pavimentazione sottile di 3-5 cm. L impalcato a piastra ortotropa è costituito da una lamiera piana superiore irrigidita da costole longitudinali e travi trasversali. Si hanno rigidezze diverse secondo due direzioni ortogonali tra loro. 62

63 Struttura longitudinale Ponti con impalcato a piastra ortotropa Esempio di impalcato a piastra ortotropa 63

64 Struttura longitudinale Ponti con impalcato a piastra ortotropa Le piastre ortotrope possono essere con costole longitudinali : di tipo aperto Le costole sono prive di rigidezza torsionale e hanno forma di T inverso, L, o di piatti con bulbo di tipo chiuso Le costole presentano elevata rigidezza torsionale e presentano forma trapezoidale, a V, a U, etc I trasversi a forma di T inverso sono posti ad un interasse di m. I trasversi a forma di T inverso sono posti ad un interasse doppio rispetto a quelli a profilo aperto 64

65 Struttura longitudinale Ponti con impalcato a piastra ortotropa La scelta tra i tipi di costole è effettuata in base alle seguenti considerazioni : La quantità di saldature delle costole chiuse sono circa la metà di quelle delle costole aperte Nelle costole chiuse si ha un minor numero di intersezioni costole trasversi Nelle costole chiuse i giunti di montaggio, se bullonati, sono molto più difficili da realizzare Nelle costole chiuse la superficie da pitturare è minore, però bisogna garantire la perfetta stagnazione in quanto sono elementi non ispezionabili. 65

66 Struttura longitudinale Realizzazione di ponti con impalcato a piastra ortotropa Moseltal Bridge Winninzen (Autobahn A61 Koblenz) (Germania) coordinate N, O Ponte con impalcato ortotropo Lunghezza totale=935 m anno

67 Struttura longitudinale Realizzazione di ponti con impalcato a piastra ortotropa Heidingsfeld Bridge (Germania) coordinate Ponte con impalcato ortotropo anno 67

68 Esempi di ponti con struttura composta reticolare

69 Struttura longitudinale Realizzazione di ponti con struttura composta reticolare Bridge St. Kilian (Bundesautobahn A73), Schleusingen (Germania) coordinate N, O Ponte con struttura composta reticolare Lunghezza totale= m anno

70 Struttura longitudinale Realizzazione di ponti con struttura composta reticolare sezione trasversale Bridge St. Kilian (Bundesautobahn A73), Schleusingen (Germania) 70

71 Struttura longitudinale Realizzazione di ponti con struttura composta reticolare Ponte ferroviario a Nantenbach (Germania) coordinate 50 1' 49.00" N 9 39' 5.00" E Ponte con struttura composta reticolare Lunghezza totale= m Campata principale=208 m anno

72 Struttura longitudinale Realizzazione di ponti con struttura composta reticolare sezione trasversale Ponte ferroviario a Nantenbach (Germania) 72

73 Struttura longitudinale Realizzazione di ponti lenticolari Ponte a Ventabren, Bouches-du-Rhône (Francia) coordinate 43 30' 47.00" N 5 19' 27.00" E Ponte con struttura composta reticolare Lunghezza totale=416 m m Campata principale=44 m anno

74 Principali riferimenti Ioannis Vayas, Aristidis Iliopoulos. Design of steel-concrete composite bridges to Eurocodes. 2014, CRC Press ISBN: Marco Rosignoli. Bride Construction Equipment. 2013, ICE Publishing. ISBN:

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