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Il progetto per la ricostruzione del viadotto sul fiume Savuto

Il progetto per la ricostruzione dell’opera sulla S.P. 163/1, redatto dall’Amministrazione Provinciale di Catanzaro

La ricostruzione del viadotto sul fiume Savuto si rende necessaria a causa del crollo che, nell’anno 2008, ha interessato l’opera avente lunghezza di circa 155 m e larghezza pari a 6 m.

Il 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 e 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.

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

  • fiume Savuto
    1A Lo stato ante-crollo
    1A. Lo stato ante-crollo del ponte
  • fiume Savuto
    1B Lo stato post-crollo
    1B. Lo stato post-crollo del ponte

Le aree interessate dai lavori sono sottoposte a vincolo ambientale di cui al D.Lgs. 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 Savuto, 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.

Descrizione delle opere in progetto 

Il viadotto

Il viadotto da realizzare risulta formato da due spalle in c.a., tre pile in c.a. e impalcato misto acciaio-calcestruzzo isolato sismicamente alla base.

Le due spalle hanno paramento di altezza pari a 4,25 m e spessore pari a 1,90 m oltre paraghiaia di altezza pari a 2,85 m e spessore pari a 40 cm, per un’altezza totale pari a 7,10 m. La fondazione è una piastra di dimensioni pari a 7,30×10,50 m e altezza pari a 2 m su 11 pali di diametro di 1 m e lunghezza pari a 20 m.

fiume Savuto
2. Il profilo longitudinale del viadotto

Le tre pile hanno altezza pari a 10,25 m, sezione pari a 5×1,50 m all’attacco con la piastra di fondazione e sezione pari a 10×1,50 m in corrispondenza dell’impalcato misto acciaio-calcestruzzo al quale risultano connesse attraverso isolatori sismici. La fondazione è una piastra di dimensioni pari a 9×12,50 m e altezza pari a 2 m su 11 pali di diametro di 1 m e lunghezza pari a 20 m.

Al fine di proteggere le pile da fenomeni di scalzamento al piede a causa delle correnti fluviali, la quota di intradosso della piastra di fondazione delle stesse è stata ubicata circa 0,50 m al disotto della quota di estradosso della soglia posta a circa 340 m a valle del viadotto in oggetto. Inoltre, al fine di favorire il deflusso delle acque fluviali, si è optato per una forma semicircolare alle estremità delle pile stesse.

Infine, per ottimizzare il funzionamento del sistema di isolamento sismico posto in testa alle pile ed alle spalle dell’impalcato, è stato necessario orientare la direzione principale delle pile in posizione ortogonale rispetto all’asse longitudinale del viadotto stesso.

L’impalcato sarà costituito da quattro campate per una lunghezza complessiva di 188,20 m; più in particolare, le due campate esterne avranno una luce di 37,10 m e le due centrali avranno luce di 57 m.

La struttura in acciaio sarà composta da due travi a doppio T di altezza variabile da 2 a 2,80 m poste a interasse di 8 m in direzionale parallela all’asse longitudinale del viadotto, collegate ad interasse di 4 m circa in direzione trasversale all’asse del viadotto da un traverso avente altezza variabile da 1 a 1,50 m. Su tale traverso poggia a sua volta una trave di spina di altezza e larghezza pari a 60 cm.

fiume Savuto
3. La sezione trasversale

Su tale trave di spina e sulle due travi principali laterali poggeranno le predalles tralicciate in c.a. dello spessore di 7 cm su cui sarà gettata la soletta in c.a. di spessore pari a 20 cm, resa collaborante con le travi in acciaio attraverso l’utilizzo di pioli di tipo Nelson sull’estradosso delle ali superiori delle stesse.

In corrispondenza dei margini esterni della larghezza di 0,75 m, la soletta avrà un’altezza pari a 40 cm per consentire la posa in opera delle barriere di sicurezza. Due giunti strutturali sono inseriti alle estremità finali della struttura del ponte.

I giunti strutturali garantiscono una sufficiente capacità di spostamento in grado di assorbire le dilatazioni e le contrazioni dovute alla variazione di temperatura, gli spostamenti di lungo periodo dovuti alla viscosità e al ritiro e gli spostamenti dovuti ad azioni di breve periodo come le azioni sismiche, il vento e l’azione frenante.

Ai sensi del D.M. del 5 Novembre 2001 recante “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”, la classificazione stradale nella quale ricadono le opere in progetto è C “Strade extraurbane secondarie”, più in particolare C2 composta da due corsie di marcia di larghezza pari a 3,5 m, banchine laterali di larghezza pari a 1,25 m e margini esterni di larghezza pari a 0,75 m, nei quali trovano sede le barriere di sicurezza (guard rail). Alla luce di quanto esposto, la larghezza complessiva della sede stradale sarà di 11 m.

  • fiume Savuto
    4A. Vista dall’alto delle strutture
    4A. Vista 3D dall’alto delle strutture
  • fiume Savuto
    4B Vista dal basso delle strutture
    4B. Vista 3D dal basso delle strutture

Il progetto di ricostruzione del viadotto prevede altresì le seguenti lavorazioni:

1) demolizioni:

  • della spalla in c.a. esistente, lato Nocera Terinese;
  • di parti del vecchio viadotto ad oggi presenti nel letto del fiume Savuto in prossimità della spalla lato Nocera Terinese;

2) muri in gabbioni metallici:

  • realizzazione di muro in gabbioni metallici a Est della spalla lato Nocera di lunghezza pari a 10 m e altezza pari a 8 m e realizzazione di muro in gabbioni metallici a Ovest della spalla lato Nocera di lunghezza pari a 11 m e altezza pari a 4 m;

3) rilevato stradale:

  • adeguamento dell’attuale rilevato stradale in corrispondenza della spalla lato Campora San Giovanni per allargamento sede stradale e variazione altimetrica, attualmente di altezza pari a 5 m circa;

4) massicciata:

  • realizzazione di massicciata in massi in prosecuzione della mantellata esistente in corrispondenza della spalla lato Nocera in direzione Est per una lunghezza pari a 15 m circa;

5) pavimentazioni stradali:

  • rifacimento pavimentazione stradale nelle zone di accesso al ponte.

Di seguito si riportano i render fotografici dell’intervento in oggetto (Figure 5A e 5B).

  • fiume Savuto
    5A Lo stato di fatto dei luoghi
    5A. Lo stato di fatto dei luoghi
  • fiume Savuto
    5B Lo stato di progetto dei luoghi
    5B. Lo stato di progetto dei luoghi

La Normativa di riferimento

Il progetto è stato redatto tenendo in conto il DM 14/01/2008 – “Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni” e relativa Circolare 02/02/2009 n° 617/C.S.LL.PP. – “Istruzioni per l’applicazione delle “Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni” di cui al DM 14/01/2008”, nonché gli Eurocodici 0-1-2-3-7-8. 

I materiali e l’impalcato

  • Calcestruzzo per solette: per le solette viene utilizzato un calcestruzzo di classe di resistenza C32/40;
  • acciaio per armatura lenta: per le armature lente viene utilizzato un acciaio del tipo B450;
  • acciaio per carpenteria metallica: per le strutture metalliche dell’impalcato viene utilizzato un acciaio S355.

La zonizzazione sismica

Il sito di intervento è caratterizzato dalle seguenti coordinate geografiche WGS84:

  • longitudine: 16,1243;
  • latitudine: 39,0418;
  • vita nominale: 50 anni;
  • classe d’uso: III;
  • coefficiente di utilizzo: 1,50.
La modellazione di pila e spalla
6. La modellazione FEM della pila (a sinistra) e della spalla (al centro e a destra)

Sono stati definiti e utilizzati nei calcoli tre differenti spettri di risposta di progetto:

  1. spettro di progetto elastico valutato per lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV) per la valutazione delle azioni sismiche dovute alla massa delle sottostrutture e del terreno e dei sovraccarichi direttamente gravanti su di esse;
  2. spettro di progetto “smorzato” (per la presenza dell’isolamento sismico alla base dell’impalcato) valutato per lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV) per la valutazione delle azioni sismiche dovute alla massa dell’impalcato e ai sovraccarichi su esso agenti e trasmessi dagli isolatori sismici alle sottostrutture inferiori. In particolare, si è utilizzato un fattore x = 0,15 in quanto sono stati previsti isolatori elastomerici con mescola dura;
  3. spettro di progetto “smorzato” (per la presenza dell’isolamento sismico alla base dell’impalcato) valutato allo Stato Limite di Collasso per il dimensionamento degli isolatori sismici e la verifica dello spostamento di progetto degli stessi.

In particolare si è utilizzato un fattore x = 0,15 in quanto sono stati previsti isolatori elastomerici con mescola dura.

Il modello agli elementi finiti
7. Vista del modello agli elementi finiti nella fase costruttiva 1 (in alto), 2b (al centro) e 3b (in basso)

L’analisi dei carichi

Sono stati considerati i seguenti pesi propri, portati e accidentali:

  • pesi propri e pesi portati;
  • peso proprio delle strutture metalliche;
  • peso proprio della soletta;
  • cordoli di bordo;
  • pavimentazione stradale;
  • peso della barriera guard-rail;
  • peso della veletta;
  • effetti reologici;
  • carichi accidentali:
  • carichi viaggianti da traffico – schema 1;
  • carichi viaggianti da traffico – schema 2;
  • carichi eccezionali – urto del veicolo in svio;
  • carico accidentale folla;
  • incremento dinamico dei carichi mobili (q2);
  • termica longitudinale;
  • termica differenziale;
  • vento-neve;
  • frenatura.

Le combinazioni di carico

Per le combinazioni di carico statiche relative alla struttura in oggetto si è fatto riferimento a quanto riportato nel capitolo 6 nel D.M. 14 Gennaio 2008 “Nuove Norme tecniche per le costruzioni”.

Sulla base di ciò, sono state individuate due combinazioni di carico statiche allo Stato Limite Ultimo, ottenute tramite la relazione generale:

In fase sismica, le combinazioni sono state ottenute secondo la seguente relazione generale:

Le fasi costruttive del ponte e il 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.

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 (Figura 7 soprastante):

  • fase 1: la sezione resistente è costituita dalla sola sezione metallica. I carichi applicati sono costituiti dal solo peso proprio della carpenteria metallica (Figura 7 in alto);
  • 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 (Figura 7 al centro). 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 2a;
  • 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;

  • fiume Savuto
    8A La fase 1
    8A. La fase 1: la deformata della struttura dell’impalcato al termine delle fasi costruttive
  • fiume Savuto
    8B La fase 2a
    8B. La fase 2a: la deformata della struttura dell’impalcato al termine delle fasi costruttive
  • fiume Savuto
    8C La fase 2b
    8C. La fase 2b: la deformata della struttura dell’impalcato al termine delle fasi costruttive
  • fiume Savuto
    8D La fase 3a
    8D. La fase 3a: la deformata della struttura dell’impalcato al termine delle fasi costruttive
  • fiume Savuto
    8E La fase 3b
    8E. La fase 3b: la deformata della struttura dell’impalcato al termine delle fasi costruttive
  • fiume Savuto
    8F La fase 4
    8F. La fase 4: la deformata della struttura dell’impalcato al termine delle fasi costruttive
  • 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 (Figura 7 in basso);
  • 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.

  • Il modo di vibrare 1
    9A Il modo di vibrare 1
    9A. Uno dei modi principali di vibrare del ponte, corrispondente al modo 1
  • Il modo di vibrare 2
    9B Il modo di vibrare 2
    9B. Uno dei modi principali di vibrare del ponte, corrispondente al modo 2
  • I modi di vibrare 7 e 11
    9C I modi di vibrare 7 e 11
    9C. Due dei modi principali di vibrare del ponte, corrispondenti al modo 7 e 11

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.

La soletta inizialmente inserita come solo carico è stata invece schematizzata come fasce trasversali di larghezza pari a 1 m e altezza pari a 0,27 m nella fase 2b per la zona in corrispondenza delle spalle e delle campate e nella fase 3b anche per la zona in corrispondenza delle pile. 

L’analisi strutturale

La struttura è stata modellata con elementi finiti bidimensionali (fondazioni e elevazione spalle in c.a. e 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 e 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 risposta forniti dallo studio di risposta sismica locale, più severi degli spettri forniti dallo studio di pericolosità sismica di base.

La spalla lato Campora San Giovanni
10. La spalla lato Campora San Giovanni

In particolare, i carichi variabili da traffico sono stati analizzati mediante la Moving Load Analysis, che consiste inizialmente nella definizione del maggior numero di linee di corsa compatibili con la larghezza della carreggiata, considerando una corsia convenzionale di larghezza pari a 3 m.

L’analisi, eseguita con l’ausilio del software agli elementi finiti “Midas Civil” (https://www.cspfea.net/prodotti/midas-civil/caratteristiche-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.

Nelle Figure 8A, 8B, 8C, 8D, 8E e 8F sopra si riportano le deformate della struttura dell’impalcato al termine delle fasi costruttive sopra descritte.

Nelle Figure 9A, 9B e 9C sopra si riportano i modi di vibrare principali del ponte, corrispondenti al modo 1 (traslazione lungo Y), al modo 2 (traslazionale lungo X) e ai modi 7 e 11 (traslazionali lungo Z).

A seguito dell’analisi strutturale, è stata effettuata la fase di design (post-processione) 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.

La pila 2
11. La pila 2

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. 

L’andamento dei lavori in cantiere

Ad oggi, i lavori sono in fase di realizzazione e perfettamente in linea con le previsioni progettuali.

In particolare, risultano realizzate due delle tre pile e una spalla. Sono state realizzate anche prove di carico sui pali in opera che hanno dato esito positivo e valori di cedimenti perfettamente in linea con le previsioni progettuali.

Il cantiere
12. La prova di carico, le pile 2 e 3 e la spalla lato Campora San Giovanni

Dati tecnici

  • Stazione Appaltante: Amministrazione Provinciale di Catanzaro
  • Progetto architettonico-strutturale e Direttore operativo di cantiere: Ing. Gennaro De Sensi
  • Progetto idraulico, Coordinatore Sicurezza e Responsabile Sicurezza: Ing. Raffaele Mastroianni
  • Geologo: Geol. Federico De Vito
  • Collaudo: Ing. Vincenzo Coppola
  • RUP: Ing. Floriano Siniscalco
  • Direzione dei Lavori: Ing. Eugenio Costanzo
  • Direzione di Cantiere Impresa Esecutrice: Ing. Francesco Cristofaro
  • Appaltatore: Valori Scarl Consorzio Stabile
  • Esecutore dei Lavori: Sammarco Giuseppe Costruzioni Generali Srl
  • Importo dei lavori: 2.129.067,98 Euro
  • Durata dei lavori: 630 giorni
  • Data di consegna: 3 Marzo 2020
  • Data di ultimazione: 8 Marzo 2022 (a seguito di sospensione e perizia di variante)

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