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Un nuovo ponte sul torrente Scrivia

Le opere infrastrutturali finalizzate alla sicurezza idraulica dell’insediamento del Capoluogo di Montoggio, eseguite mediante la realizzazione di un nuovo ponte a campata unica

Il ponte è situato in ambito cittadino e consente alla Via IV Novembre di collegare la parte di centro abitato posta in sponda sinistra del torrente Scrivia con gli insediamenti posti a una quota superiore in sponda destra, caratterizzati dalla presenza degli importanti servizi costituiti dall’edificio comunale, dalle scuole elementari e dalla chiesa di San Giovanni Battista.

Nell’Ottobre 2014 e nel Settembre 2015, si verificavano gravi eventi alluvionali che colpivano il centro abitato del paese, con una disastrosa esondazione con danni ingenti agli edifici della parte bassa del paese, situata in sponda sinistra e destra del torrente Scrivia.
L’innalzamento del livello idrico a monte del ponte esistente, causato dall’effetto diga provocato dalle due pile in alveo dello stesso, incrementava l’esondazione delle acque sia in sponda destra che in sponda sinistra.

Considerata la criticità dell’opera d’arte evidenziatasi negli eventi alluvionali di cui sopra, l’Amministrazione Comunale individuava come urgente un intervento mirato ad un radicale miglioramento dell’infrastruttura, ai fini della salvaguardia della sicurezza delle persone e delle cose, consistente nell’eliminazione dell’esistente ponte a tre campate, risalente agli anni Trenta del secolo scorso, e nella sua sostituzione con una nuova struttura a campata, il tutto in modo da abbassare la soglia di rischio per l’incolumità delle persone e delle cose.
Il nuovo ponte è stato pertanto previsto a campata unica, con una struttura in carpenteria metallica con impalcato a struttura mista acciaio-calcestruzzo supportato da due archi laterali in acciaio con schema tipo Nielsen e tirante inferiore con intradosso a profilo curvilineo costituito dalle travi a cassone di supporto all’impalcato.

La scelta degli interventi e il concept design dell’opera d’arte

I vincoli imposti dalle condizioni locali e dalle quote delle sponde rispetto a quelle dell’alveo, unitamente alla necessità di rispettare il franco idraulico con riferimento ai livelli di piena con tempo di ritorno duecentennale, hanno fatto da subito optare per un nuovo ponte a via inferiore, con strutture portanti principali sviluppantisi al di sopra dell’estradosso del piano viabile.
Il concept design che ha guidato la definizione dell’opera d’arte da un punto di vista architettonico si è ispirato alla ricerca di una struttura dall’aspetto leggero in cui il materiale metallico fosse sfruttato al meglio, in modo da ottenere un’opera, volutamente di colore bianco, la cui luminosità e trasparenza potessero contrastare i colori cupi dell’alluvione che, purtroppo, aveva colpito l’abitato di Montoggio, adattandosi peraltro al contesto urbano.

Stante quanto sopra, in fase di progettazione esecutiva, si sono individuate due strutture ad arco quali strutture portanti principali, dotate della necessaria leggerezza e trasparenza alla vista, sia verso monte che verso valle, atte a sorreggere un impalcato a struttura mista acciaio-calcestruzzo, di limitato spessore.
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Dal concept design di tipo architettonico si è passati a quello di tipo strutturale, con ripetuti passaggi ed affinamenti tra il modello BIM architettonico, quello costruttivo e quello strutturale, anche stante la geometria complessa dell’opera.

A seguito di specifiche valutazioni strutturali, si è deciso di disporre i pendini di collegamento tra gli archi e i cassoni-tiranti inferiori secondo uno schema di tipo Nielsen, che prevede uno schema reticolare e che rende l’impalcato meno deformabile a vantaggio di un suo minor spessore, a fronte dell’opzione alternativa di schema tipo Langer, che prevede una disposizione dei pendini di tipo verticale.
Una peculiarità del nuovo ponte è che i due archi, di monte e di valle, non sono tra loro paralleli e non hanno quindi la stessa lunghezza, ma l’arco di monte “si apre” verso monte in corrispondenza della spalla in sponda destra, in modo da poter accogliere, in corrispondenza delle spalle stesse, le due differenti larghezze di sbarco dell’impalcato, consentendo all’impalcato stesso di poter sviluppare la curva verso monte, necessaria a servire, con la viabilità del ponte, la strada di accesso ai condomini e ad alcune abitazioni poste a monte del ponte, lungo la sponda destra stessa.
La disposizione dei due archi, tra loro non paralleli, con una sola porzione di impalcato interessata dal piano viabile, ha consentito di portare a vista una parte delle strutture metalliche di impalcato di monte, non realizzando alcuna soletta collaborante in calcestruzzo al loro estradosso.
All’esterno dell’arco di valle si posiziona poi una passerella atta al passaggio pedonale, connessa al cassone di valle e atta a segregare e proteggere il transito pedonale da quello veicolare.
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Un’ulteriore peculiarità dell’impalcato del nuovo ponte è costituita dal fatto che i due cassoni-tiranti inferiori dell’arco di valle e di monte presentano una curvatura verso l’alto, che è la stessa per i due cassoni, con una monta di circa 50 cm in mezzeria, al fine di aumentare ulteriormente il franco idraulico, essendo peraltro differenti le quote di appoggio degli archi sulle spalle in sponda destra e sinistra.
Nella Figura 10 si schematizzano le varie fasi di progettazione che hanno portato dal concept design al dimensionamento strutturale dell’opera ed alla realizzazione dei vari dettagli costruttivi di officina.

Le principali caratteristiche dell’opera

Il nuovo ponte è realizzato, come si è detto, con una struttura in carpenteria metallica con impalcato misto acciaiocalcestruzzo supportato da due archi laterali in acciaio con aste diagonali disposte a schema tipo “Nielsen” e con tirante inferiore con intradosso ed estradosso a profilo curvilineo costituito dalle travi a cassone di supporto all’impalcato.
Gli archi laterali sono realizzati con un profilo tubolare metallico di diametro pari a circa 60 cm. Le lunghezze dei due archi, misurate lungo lo sviluppo del loro asse e da appoggio ad appoggio, sono pari a 37,35 m per l’arco di monte e 38,50 m per l’arco di valle.
Entrambe le travi a cassone sono realizzate con lamiere saldate. Le aste di parete, di lunghezze “foro-foro” tra loro variabili, sono costituite da elementi realizzati con profili tubolari, connessi alle loro estremità con un perno pieno, tramite un’idonea forcella di attacco in acciaio.
I due archi sono collegati superiormente in mezzeria da un traliccio reticolare di irrigidimento. I cassoni inferiori sono realizzati in quattro macro conci da assemblare in opera tramite saldature a completa penetrazione. Gli archi sono a loro volta realizzati in tre macro conci da assemblare in opera tramite saldature a completa penetrazione.
L’impalcato è sorretto da traverse costituite da profili composti saldati a “doppio T”, collegati mediante giunzioni bullonate ai tronchi di attacco predisposti sulle pareti interne dei due cassoni di monte e di valle.
Le traverse seguono il filo di intradosso dei cassoni che, risultando curvo, impone che esse siano tutte a quote altimetriche differenti tra loro.
I cassoni, le traverse e i profili longitudinali di cui sopra sono poi collegati, con schema a traliccio, da controventi orizzontali di piano, costituiti da angolari, connessi tramite bullonatura, necessari a garantire la stabilità dell’impalcato, in particolar modo durante le fasi di getto della soletta.
Gli estradossi delle traverse di impalcato, per le porzioni interessate dalla presenza della soletta collaborante, presentano al loro estradosso pioli di connessione saldati di tipo Nelson.
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La porzione di impalcato interessata dalla soletta collaborante presenta lamiere di fondo cassero irrigidite da tralicci metallici e poggiate sulle traverse di impalcato. Il ponte scarica le sue azioni sulle due spalle di estremità attraverso apparecchi d’appoggio del tipo a disco elastomerico confinato.

La larghezza dell’impalcato è tale da ospitare due cordoli laterali di larghezza 60 cm per l’installazione dei parapetti stradali e due corsie stradali di larghezza 3,25 m ciascuna; il passaggio pedonale, di 1,50 m di larghezza, è posto all’esterno dell’arco di valle.

Le spalle di appoggio del nuovo ponte, entrambe in calcestruzzo armato con spessore in elevazione pari a 1,40 m, sono state realizzate previa esecuzione di una paratia con micropali verticali e inclinati verso monte al fine di contenere i cedimenti del terreno durante le fasi di scavo, a tutela degli edifici posti in diretta adiacenza delle spalle stesse, che sono stati monitorati con rilievo topografico di precisione per l’intera durata dei lavori.

La modellazione e l’analisi strutturale

L’analisi strutturale del ponte è stata condotta mediante la messa a punto di un modello di calcolo agli elementi finiti con l’impiego del codice di calcolo Midas Gen 2017 vers. 2.1 prodotto dalla Midas Information Technology Co. Ltd.

Il modello realizzato è di tipo tridimensionale con impiego di elementi finiti monodimensionali di tipo beam e truss. Sono stati utilizzati, inoltre, degli elementi di collegamento ausiliari denominati elastic link – type rigid per il collegamento degli elementi finiti disassati per via della loro tridimensionalità.

L’analisi della struttura è stata condotta tenendo conto del diverso comportamento dei traversi di impalcato durante le fasi costruttive, tramite analisi per fasi con “construction stage”.
L’analisi per fasi ha permesso di valutare in modo corretto le inflessioni di impalcato tenendo conto della variazione di inerzia dei traversi di impalcato nelle diverse fasi costruttive.
Sono poi stati messi a punto specifici modelli ad elementi finiti di dettaglio per lo studio di determinati elementi o zone della struttura soggette a carichi elevati, per i quali era necessario svolgere un accurato studio tensionale.

L’approccio BIM e l’interoperabilità tra disegno e calcolo strutturale

Nello sviluppo della progettazione esecutiva e costruttiva degli interventi qui descritti è stato utilizzato l’approccio BIM, con la messa a punto di un modello tridimensionale parametrico dell’intero ponte metallico tramite il software specifico Tekla Structures prodotto dal Gruppo Trimble, che ha permesso di governare le complesse geometrie del manufatto e di definire poi i vari dettagli costruttivi, fino all’estrazione dei disegni costruttivi di officina.
Il modello tridimensionale di disegno di cui sopra è poi stato interfacciato con il software di calcolo Midas GEN, grazie alla “interoperabilità” tra i due programmi, entrambi in ambiente BIM, che consente lo scambio dei modelli e delle relative informazioni associate tra i due ambienti, di disegno e di calcolo, con risparmio dei tempi di modellizzazione e grande accuratezza nella generazione del modello di calcolo strutturale a partire dal modello tridimensionale dell’opera di complessa geometria, modellata nel dettaglio nel software Tekla.

Dal modello tridimensionale BIM descritto sopra è poi stato estratto il costruttivo di officina dei nuovi componenti metallici, con disegni generali e di montaggio, assemblaggi e pezzi singoli (normalini), tutti recanti la marcatura di fabbricazione e inseriti in specifiche distinte pezzi ed elementi e liste bulloni.
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