Progetti: Ponti Nuovi

Progetto di un cavalcavia autostradale come ponte integrale secondo Eurocodice 4

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Committente:
Spea Engineering S.P.A. - Roma (IT)

– Analisi e verifica progettuale di ponti integrali con impalcato misto acciaio-cls
– Ottimizzazione della sezione di acciaio e delle dimensioni delle barre di rinforzo della soletta
– Significativo risparmio nel peso dell’acciaio rispetto a strutture semplicemente appoggiate

 

La società di ingegneria SPEA Engineering S.p.a. ha utilizzato i software LUSAS Bridge e PontiEC4 per studiare e ottimizzare il progetto di alcuni ponti integrali a sezione mista acciaio-cls. A tale scopo, sono state scelte due configurazioni, caratterizzate dall’avere rispettivamente una o tre campate, con una lunghezza massima della campata principale di 38 e 45.50 m a seconda della larghezza standard della carreggiata autostradale attraversata. Come risultato delle analisi svolte e delle verifiche effettuate, sono state ottenute dimensioni ottimizzate delle travi di acciaio e delle barre di armatura, risparmiando circa il 25% del peso dell’acciaio strutturale rispetto ai valori calcolati per uno schema statico di semplice appoggio.

Lo schema principale del ponte include due travi longitudinali in acciaio di altezza 1600 mm ed una soletta in calcestruzzo di larghezza 13.5 m; otto travi a doppi T in acciaio disposte trasversalmente ed equidistanti tra loro collegano le travi principali. In corrispondenza di ciascuna estremità, le travi longitudinali sono inglobate dal getto in calcestruzzo di in un muro che poggia a sua volta su di un pulvino sostenuto da otto pali di diametro 1.2 m, posti a distanza ravvicinata. L’intero insieme crea un unico sistema a telaio progettato per assorbire tutte le forze agenti su di esso.

 
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Schema del cavalcavia come ponte integrale ad una campata
Utilizzando LUSAS, è stato creato un unico modello 3D per rappresentare tutte le fasi della costruzione e modellare l’interazione terreno-struttura. La spinta attiva e passiva del terreno è stata schematizzata mediante elementi joint con comportamento non lineare. Le travi longitudinali principali in acciaio sono state suddivise in cinque conci indicati con A, B, C, B, A (come illustrato nella pagina successiva) al fine di ottimizzare lo spessore delle anime e delle flange.

I valori di momento e taglio generati dall’analisi di LUSAS nelle combinazioni di progetto sono stati esportati nel software PontiEC4 per effettuare le verifiche secondo Eurocodice per ponti in sezione mista acciaio-calcestruzzo (verifiche allo SLU di flessione, tensione, taglio e interazione, verifiche delle tensioni allo SLE, a web breathing e verifiche a fessurazione e a fatica delle membrature principali e dei connettori). Grazie agli strumenti a disposizione sono state velocemente ottenute dimensioni ottimizzate di flange ed anime delle travi in acciaio e delle barre di armatura per un ponte semplicemente appoggiato e per un ponte integrale limitando il valore massimo del coefficiente di utilizzo a 0.95. Nel complesso, è stato possibile ottenere un risparmio del 25% del peso dell’acciaio strutturale per il progetto del ponte integrale rispetto a quello semplicemente appoggiato, mentre è stato necessario incrementare leggermente il quantitativo di armature d’acciaio nelle zone terminali della soletta a causa dei momenti flettenti negativi generati dalla connessione tra la soletta e la spalla. In generale le spalle integrali possono essere più snelle, ma richiedono una maggiore quantità di armatura d’acciaio.

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Ponte ad una campata semplicemente appoggiato
 
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Ponte integrale a campata singola
 
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Progettazione ottimizzata delle dimensioni delle travi in acciaio e delle barre di armatura per i diversi conci

Le tipologie di ponte integrale e di ponte semplicemente appoggiato sono state confrontate anche su configurazioni di ponti a tre campate di varia luce con quattro travi longitudinali. I risultati variano leggermente ma in tutti i casi di studio analizzati il ponte integrale consente un risparmio nei costi ed offre una maggiore qualità e durabilità.

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Ponte integrale a tre campate
 
 
 

“L’utilizzo del software LUSAS con l’introduzione dei joint a comportamento non lineare per modellare la spinta attiva e passiva ci ha permesso di ottenere un unico e dettagliato modello per la progettazione dell’impalcato e delle spalle e l’utilizzo del software specialistico PontiEC4 è stato decisivo per consentirci di ottimizzare il progetto in conformità agli Eurocodici in un ragionevole intervallo di tempo.”

Ing. Lucio Ferretti Torricelli, Responsabile Area Strutture, Spea Engineering spa (Milano)

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