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Lavori di ammodernamento e sistemazione della S.S. 117 “Centrale Sicula”

I quattro viadotti a travata per i lavori di ammodernamento della S.S. 117, che mette in comunicazione i comuni di Mistretta e Nicosia

Il viadotto Montagna

L’inquadramento dell’opera

La realizzazione dei viadotti in acciaio in oggetto fa parte di un intervento su larga scala di riqualificazione e ampliamento della S.S. 117 “Centrale Sicula”, infrastruttura che collega in direzione Sud la regione marittima settentrionale di Santo Stefano di Camastra (provincia di Messina) con quella centrale di Leonforte (provincia di Enna).

Il lotto di riferimento è il B2, compreso fra la p.k. 19+000 e la p.k. 23+200, e i lavori consistono nella realizzazione di un nuovo e funzionale collegamento dell’itinerario Nord-Sud lungo fra i comuni di Mistretta e Nicosia”, mediante l’adeguamento delle caratteristiche geometriche dell’attuale tracciato della S.S. 117 “Centrale Sicula” alla categoria C2.

Centrale Sicula
1. L’inquadramento territoriale della S.S. 117 “Centrale Sicula”

L’intervento principale prevede la realizzazione di sei opere d’arte principali: quattro viadotti con struttura in carpenteria metallica (Rogillo 1 = 140 m, Rogillo 2 = 255 m, Montagna = 307,30 m e Salice 1 = 334 m) e due gallerie artificiali (Salice 1 = 165 m e Salice 2 = 125 m).

Il progetto contempla l’allargamento dell’attuale sezione stradale, il sostanziale miglioramento planoaltimetrico del tracciato, la razionalizzazione degli accessi alle proprietà e ai fondi, l’installazione di barriere di sicurezza conformi alla vigente Normativa, la realizzazione di un nuovo corpo stradale e della pavimentazione con l’eliminazione o la riduzione delle continue attività di riparazione del piano viabile (causate dai diffusi movimenti franosi presenti), nonché la realizzazione di importanti interventi per migliorare la stabilità dei versanti, per un investimento complessivo di oltre 58 milioni di Euro. 

Centrale Sicula
2. Vista del viadotto Montagna durante il varo

Descrizione dell’opera

Questo approfondimento è dedicato al viadotto Montagna ma le caratteristiche tecniche descritte valgono anche per le altre opere d’arte in questione. La sezione tipo di rilevato è costituita da due corsie, una per ogni senso di marcia, da 3,5 m, da due banchine di 1,25 m e da due elementi marginali (arginelli non pavimentati) di contenimento laterale di 1,25 m, per una larghezza complessiva della piattaforma stradale di 9,5 m.

Il viadotto in oggetto è in sistema misto acciaio-calcestruzzo con schema statico a trave continua con sei campate con luci 25+45+66+66+64+41,30 m.

La sezione trasversale dell’impalcato prevede due travi principali in acciaio a doppio T di altezza variabile da 1,75 m a 3,25 m, ad anima verticale, poste a una distanza trasversale pari a 8,00 m e sbalzi laterali di lunghezza pari a 2,375 m.

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3. L’andamento plano-altimetrico del viadotto

Nel tratto caratterizzato da altezza trave 3.250 mm, le travi principali sono collegate trasversalmente da traversi intermedi di tipo reticolare con aste costituite da profilati a L opportunamente accoppiati con imbottiture; nel tratto con altezza trave 1.750 mm, i traversi intermedi sono ad anima piena a doppio T. I traversi di pila e spalla sono realizzati in anima piena a doppio T.

Nel tratto di viadotto caratterizzato da altezza trave 3.250 mm, è prevista una controventatura inferiore a rombo ad aste tese e compresse: la sezione trasversale ha in questo caso comportamento torsiorigido alla Bredt. Nel tratto ad altezza trave 1.750 mm la sezione trasversale resistente è di tipo “aperto” con comportamento alla Courbon.

La sezione stradale prevede due cordoli simmetrici di 0,75 m per l’alloggiamento delle barriere di sicurezza. La rimanente larghezza pavimentata di 11,25 m si compone di due corsie di marcia di 3,50 m e due banchine laterali asimmetriche.

Centrale Sicula
4. La sezione trasversale sulle pile P2/P3/P4/P5

La struttura dell’impalcato è costituita da elementi di carpenteria metallica (profili saldati composti, piastre, angolari, bulloni e pioli) e dal calcestruzzo per il getto di completamento delle solette.

Per i piatti dei profili saldati composti di travi longitudinali e traversi, piatti per coprigiunti ed irrigidimenti, angolari sono stati impiegati acciai con resistenza migliorata alla corrosione in conformità alla Norma UNI EN 10025-5 in qualità S355W suddiviso nei gradi J0, J2 e K2 a seconda dello spessore della lamiera.

I diaframmi intermedi e i diaframmi di pila/spalla fungono, oltre che da ripartitori di carico, anche come elementi di sostegno della trave di spina, elemento di appoggio intermedio per la soletta di impalcato.

Centrale Sicula
5. Vista del concio di impalcato in cantiere

Sulle travi longitudinali sono poste in opera delle predalles tralicciate metalliche per il getto della soletta in c.a.; lo spessore complessivo della soletta è di 22 cm, mentre la larghezza complessiva di impalcato è pari a 12,75 m. I giunti delle travi principali e della trave di spina sono bullonati.

Per le giunzioni a taglio (conformi alle UNI EN ISO 4016:2011, UNI 4034:2013 e UNI EN ISO 898- 1:2001) e ad attrito (conformi alle UNI EN 14399-3:2005 e 14399-4:2005) sono stati impiegati bulloni ad alta resistenza, con le seguenti resistenze di progetto:

  • le rosette per le giunzioni ad attrito conformi alle caratteristiche dimensionali previste dalle Norme UNI EN 14399-5:2005 e UNI EN 14399-6:2005 e realizzate in acciaio C 50 secondo le UNI EN 10083- 2:2006 temperato e rinvenuto HRC 32-40;
  • i bulloni disposti con asse verticale con testa della vite verso l’alto e il dado verso il basso. Sono state previste una rosetta sotto la vite ed una sotto il dado (UNI EN 14399-5/6:2005).
Centrale Sicula
6. Vista dell’impalcato metallico prima del sollevamento

 

Il sistema di vincolamento dell’impalcato alle sottostrutture prevede l’impiego di isolatori a scorrimento a doppia superficie curva; su ogni allineamento di appoggio è inoltre prevista una guida trasversale tarata in modo da essere vincolo efficace per l’impalcato in condizione di esercizio, mentre in condizione sismica la chiave di taglio della guida laterale è tarata per rompersi rendendo l’impalcato a tutti gli effetti isolato dalla sottostruttura.

Particolarità di questi viadotti sono i pulvini in carpenteria metallica sui quali l’impalcato metallico è sostenuto in corrispondenza delle due pile intermedie.

L’impalcato sulle pile
7. Vista inferiore dell’impalcato alloggiato su pile provvisorie

La progettazione dell’opera

Per valutare l’entità dei carichi da applicare agli elementi del modello discreto sono state calcolate le reazioni dovute all’effettiva distribuzione delle azioni unitarie sulla sezione del viadotto, considerando gli elementi trave come vincoli fissi. Per l’impalcato è stato ipotizzato un funzionamento a traverso infinitamente rigido nella ripartizione dei carichi.

Di conseguenza, per ciascuna tipologia di carico, sono state calcolate le ripartizioni su una striscia di 1 m su ciascuna trave, estrapolandole da un modello semplificato di trave continua appoggiata in corrispondenza delle travi principali di impalcato.

Trattandosi, nel funzionamento globale dell’impalcato, di un sistema misto acciaio-calcestruzzo, le azioni agenti sono state suddivise in tre fasi, corrispondenti al grado di maturazione del getto di calcestruzzo e quindi ai diversi livelli di rigidezza e caratteristiche statiche delle sezioni. 

  • Un dettaglio dell'isolatore
    8A Un dettaglio dell'isolatore
    8A. Un dettaglio costruttivo dell’isolatore a scorrimento a doppia superficie curva
  • Un dettaglio dell'isolatore
    8B Un dettaglio dell'isolatore
    8B. Un dettaglio costruttivo dell’isolatore a scorrimento a doppia superficie curva
La fase I

In questa fase, è stato considerato agente sulla sezione trasversale il peso proprio della struttura metallica, delle lastre prefabbricate, delle velette e del getto della soletta ancora inerte.

La struttura resistente in questa fase di carico è costituita unicamente dalle travi metalliche. Il peso di analisi della carpenteria metallica è stato considerato pari a circa 250 kg/m2 di impalcato. 

La fase II

In questa fase, la soletta è interamente reagente e i carichi agenti sono i permanenti portati di impalcato come pavimentazione, cordoli, sicurvia, velette, impianti, ecc.. Anche gli effetti del ritiro sono da considerarsi “lenti” in quanto concomitanti agli effetti viscosi, e sono stati pertanto anch’essi valutati con le caratteristiche di resistenza della sezione della fase 2. 

Il pulvino in acciaio
9. Vista del pulvino in acciaio durante la posa in opera
La fase III

Questa fase corrisponde al transito dei carichi accidentali. La ripartizione longitudinale che massimizza il momento flettente nella i-esima campata è stata ricavata spostando il carico Q1k all’interno della campata stessa.

Nel modello di analisi, i due carichi concentrati, corrispondenti al singolo asse del veicolo Q1k, sono stati schematizzati con un carico uniformemente distribuito equivalente della lunghezza di 2,4 m applicato sulle travi principali, ripartizione sicuramente cautelativa considerando l’impronta della ruota e l’effettiva diffusione del carico al baricentro delle travi metalliche.

Oltre al carico tandem sono stati previsti i carichi uniformemente distribuiti (q1k, qrk, qfk) i quali, oltre che nella campata in cui è presente il carico tandem, sono stati applicati e parzializzati nelle rimanenti campate in funzione della linea di influenza della caratteristica di sollecitazione massimizzata (momento flettente o taglio).

  • Il carico della fase I
    10A Il carico della fase I
    10A. Lo schema di carico relativo alla fase I
  • Il carico della fase II
    10B Il carico della fase II
    10B. Lo schema di carico relativo alla fase II
  • Il carico della fase III
    10C Il carico della fase III
    10C. Lo schema di carico relativo alla fase III

Le sollecitazioni nella sezione resistente acciaio-calcestruzzo sono state calcolate considerando il rapporto tra i moduli elastici effettivi dei due materiali, che vale 6,24, per la classe di resistenza del calcestruzzo.

Particolare attenzione è stata rivolta alla determinazione delle lunghezze delle stese di carico per ottenere in ciascuna sezione la condizione di massimo valore di taglio, di momento flettente o di momento torcente.

In tale fase, si è tenuto in conto degli effetti dovuti alla variazione termica differenziale che si traduce in un’azione normale lungo l’asse del viadotto e relativo momento flettente di trasporto dovuto all’eccentricità baricentro soletta-baricentro sezione mista.

  • Momenti della trave esterna
    11A Momenti della trave esterna
    11A. Il momento massimo e minimo della trave esterna
  • Momenti della trave interna
    11B Momenti della trave interna
    11B. Il momento massimo e minimo della trave interna

Per esigenze computazionali, il calcolo delle sollecitazioni di progetto è stato eseguito suddividendo le diverse condizioni di carico in più modelli di studio, suddivisi in base alla fase di carico di volta in volta presa in esame.

Nelle Figure 11A e 11B vengono proposti i diagrammi delle massime e minime sollecitazioni di verifica. 

Ringraziamenti

Si ringrazia l’Ing. Giovanni Costa di Steel Project per il materiale tecnico fornito e le Società Ingecom Strutture Srl, Fegotto Costruzioni Srl e Valori Scarl per il materiale fotografico.

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