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La modellazione strutturale per il collaudo statico di un ponte

Oggetto del presente articolo è la valutazione dello stato deformativo del nuovo ponte in acciaio sul torrente Silogno, in località Baceno (VB), opera a servizio della variante della S.S. 659 "delle valli Antigorio e Formazza", tra i km 12+800 e 13+600, effettuata preliminarmente alla prova di carico di collaudo

La costruzione del nuovo ponte sul torrente Silogno, effettuata dall’Impresa Grandi Opere Italiane Srl per conto dell’ANAS SpA – Compartimento di Torino, si inquadra nell’ambito dei lavori di realizzazione della variante alla suddetta Strada Statale, al fine di eliminare un punto di particolare pericolosità del tracciato in corrispondenza dell’attuale ponte in muratura, che rimarrà a servizio solamente della viabilità locale minore.

Immagini

  • Vista generale del ponte
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    Vista generale del ponte
  • Vista dell’intradosso del ponte
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    Vista dell’intradosso del ponte
  • La sezione trasversale dell’impalcato del ponte Silogno
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    La sezione trasversale dell’impalcato del ponte Silogno
  • Il modello strutturale FEM
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    Il modello strutturale FEM
  • Il modello strutturale FEM
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    Il modello strutturale FEM
  • La modellazione della condizione di carico 1
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    La modellazione della condizione di carico 1
  • La modellazione della condizione di carico 2
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    La modellazione della condizione di carico 2
  • La condizione di carico Fase 1 (analisi mezzeria impalcato)
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    La condizione di carico Fase 1 (analisi mezzeria impalcato)
  • La condizione di carico Fase 2 (analisi mezzeria campata laterale)
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    La condizione di carico Fase 2 (analisi mezzeria campata laterale)
  • Il diagramma degli spostamenti nodali in Z (condizione di carico 1)
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    Il diagramma degli spostamenti nodali in Z (condizione di carico 1)
  • La deformata (condizione di carico 1)
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    La deformata (condizione di carico 1)
  • Il diagramma degli spostamenti nodali in Z (condizione di carico 2)
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    Il diagramma degli spostamenti nodali in Z (condizione di carico 2)
  • Il posizionamento degli autocarri sul ponte durante la prova
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    Il posizionamento degli autocarri sul ponte durante la prova
  • Il posizionamento degli autocarri sul ponte durante la prova
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    Il posizionamento degli autocarri sul ponte durante la prova

La struttura è costituita da un impalcato realizzato con quattro travi principali, collegate a due a due composte per saldatura di lamiere, e traversi sia ad anima piena (in corrispondenza della sezione di mezzeria e delle sezioni di appoggio sui puntoni) che reticolari.

L’altezza delle travi principali è variabile e risulta pari a:

  • 1,09 m in corrispondenza delle spalle;
  • 3,06 m in corrispondenza dell’asse dei puntoni;
  • 1,25 m in corrispondenza della mezzeria.

La tipologia del ponte è denominata “a stampella”, per una lunghezza complessiva pari a 90,20 m, misurata in asse ponte, suddivisa in tre campate. Lo sviluppo longitudinale dell’opera presenta pertanto la seguente scansione:

  • spalla SP1 – puntone 1: 23,00 m;
  • puntone 1 – puntone 2: 44,20 m;
  • puntone 2 – spalla SP2: 23,00 m

con lunghezza dei puntoni pari a circa 16 m.

L’impalcato mostra una sezione trasversale con larghezza fuori tutto di 12,90 m, costituita da una larghezza di carreggiata viabile pari a 9,50 m e da due marciapiedi portabarriera di larghezza pari a 1,70 m, comprensivi di veletta laterale da 6 cm.

Le travi sono collegate superiormente da una soletta in calcestruzzo armato dello spessore di 26 cm, comprensivi dello spessore pari a 6 cm delle lastre predalles tralicciate collaboranti. La soletta è solidarizzata alle travi in acciaio da pioli tipo Nelson. Il ponte presenta un asse curvilineo, con raggio di curvatura pari a 150 m, e pendenza trasversale pari al 6%. Lo schema statico adottato nel calcolo delle travi è quello di un telaio continuo iperstatico, vincolato su quattro appoggi (due sulle spalle di estremità e due in corrispondenza delle cerniere alla base dei puntoni).

La determinazione delle frecce teoriche mediante modellazione FEM

Con l’ausilio del software Sofistik FEA 2012, si è sviluppata l’elaborazione di un modello di calcolo agli elementi finiti, ricreando dunque a posteriori la struttura così come progettata e costruita.

Tale modellazione ha dunque riprodotto l’effettiva geometria degli elementi strutturali (travi principali, diaframmi trasversali, irrigidimenti, controventi, puntoni) tenendo conto di tutte le peculiarità geometriche dell’opera, ossia curvatura in pianta, pendenza trasversale e longitudinale, variabilità delle sezioni delle travi principali e dei puntoni. Particolare attenzione è stata posta alla schematizzazione dei vincoli interni ed esterni, essendo prioritaria la necessità di simulare il reale comportamento della struttura più che effettuare valutazioni a favore di sicurezza strutturale, approccio – questo – tipico della fase progettuale.

Una volta definita con precisione la geometria della struttura, si è studiato un sistema di caricamento tale da raggiungere valori di sollecitazione nelle membrature il più possibile prossimi a quelli previsti nel progetto esecutivo. Si sono pertanto definite le seguenti configurazioni di carico:

  • condizione di carico 1: quattro autocarri a quattro assi posizionati in mezzeria della campata centrale, accostati alla barriera di sicurezza di bordo ponte, in esterno curva;
  • condizione di carico 2: quattro autocarri a quattro assi posizionati in mezzeria della campata laterale, accostati alla barriera di sicurezza di bordo ponte, in esterno curva.

Tali carichi sono stati inseriti nel modello strutturale come forze puntuali applicate alla soletta dell’impalcato, in corrispondenza di ciascuna ruota degli autocarri. Per ognuna delle due condizioni si sono così determinate, mediante elaborazione del calcolo, le frecce attese in ogni nodo della struttura.

L’esecuzione della prova di carico

Il 16 Luglio 2014 si è svolta la prova di carico dell’impalcato, programmata e coordinata dall’Ing. Pierpaolo Di Marco, di ANAS SpA – Compartimento di Trieste, in qualità di Collaudatore statico dell’opera, e dall’Ing. Stefano Cassarini, incaricato dall’Impresa che, insieme ai propri Collaboratori Ing. Michele Baratta e Ing. Marco Bolognesi, ha seguito costantemente l’andamento e l’esito della prova stessa.

Detta prova è stata eseguita alla presenza anche degli Ingg. Marco Perna e Carmelina Furfaro, rispettivamente Responsabile del Procedimento e Direttore dei Lavori del Compartimento ANAS di Torino, Claudio Baschieri, Rappresentante dell’Impresa esecutrice delle opere, e Giuseppe Palombella della Ditta C.P.M. – Centro Prove Materiali Snc, incaricato dall’Impresa per l’effettuazione delle misurazioni e degli abbassamenti. La prova è stata programmata e realizzata nell’intento di caricare, con rilevamento delle deformazioni, le sezioni significative dell’impalcato del ponte, con la finalità di rispettare le indicazioni del Decreto Ministeriale 14 Gennaio 2008 “Norme Tecniche per le Costruzioni”.

Per la prova sono stati pertanto utilizzati quattro autocarri a quattro assi, riempiti con materiale inerte (sabbia, ghiaia e materiale riciclato da fresatura) e disposti sull’impalcato riproducendo in maniera più coerente possibile le due condizioni di carico definite in fase di calcolo e sopra descritte. 

I mezzi utilizzati sono stati rilevati nelle loro geometrie e sottoposti a pesa in corrispondenza di ogni asse, riportando i seguenti carichi, (si fa riferimento per semplicità al carico totale di ciascun mezzo):

  • automezzo 1 : 421,60 kN; 
  • automezzo 2 : 424,20 kN;
  • automezzo 3 : 419,60 kN;
  • automezzo 4 : 433,00 kN.

Tali carichi sono risultati sostanzialmente in ottimo accordo rispetto a quelli originariamente previsti in sede di studio preliminare della prova di carico e pertanto ritenuti ampiamente ammissibili e rappresentativi per l’esecuzione delle prove.

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