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Un ponte strallato per il metrò di Santo Domingo

Un'importante sfida progettuale per raggiungere la stabilità statica e dinamica dell'opera

La Repubblica Dominicana gode di una situazione economica abbastanza buona grazie al turismo ed al fatto che è una tappa obbligata per le moltissime navi da crociera che operano nei Caraibi. Ne fa fede la presenza, nella Capitale Santo Domingo, di due efficienti linee metropolitane della lunghezza complessiva di circa 25 km, servite da 30 stazioni, cui si aggiungerà presto l’estensione della Linea 2 verso il comune limitrofo di Santo Domingo Este. Ciò comporta l’attraversamento del Rio Ozama in affiancamento al ponte stradale Francisco del Rosario Sanchez , il più interno dei quattro attraversamenti esistenti e posizionato a circa 4 km dalla foce nel Mar dei Caraibi.

Immagini

  • Il prospetto generale del ponte
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    Il prospetto generale del ponte
  • Un rendering del ponte
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    Un rendering del ponte
  • La sezione trasversale dell’impalcato
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    La sezione trasversale dell’impalcato
  • Il coefficiente di amplificazione dinamica lungo l’asse del ponte
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    Il coefficiente di amplificazione dinamica lungo l’asse del ponte
  • Il modello del nuovo ponte con accanto quello reticolare esistente
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    Il modello del nuovo ponte con accanto quello reticolare esistente
  • Il modello del nuovo ponte con accanto quello reticolare esistente
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    Il modello del nuovo ponte con accanto quello reticolare esistente
  • La comparazione dei risultati relativi alle sezioni alternative di prima fase (coefficiente aerodinamico in funzione di V*)
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    La comparazione dei risultati relativi alle sezioni alternative di prima fase (coefficiente aerodinamico in funzione di V*)
  • Le sezioni alternative provate
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    Le sezioni alternative provate
  • Le sezioni alternative provate
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    Le sezioni alternative provate
  • I campi di pressione e le linee di flusso
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    I campi di pressione e le linee di flusso
  • I campi di pressione e le linee di flusso
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    I campi di pressione e le linee di flusso

L’attuale alveo presenta una larghezza di circa 100 m e una profondità modesta, dell’ordine di 5 m, ma la sezione geologica denuncia la presenza di un antico alveo ben più esteso (circa 350 m di lunghezza e 100 m di profondità massima nella parte centrale), in cui nel tempo si è depositata una coltre alluvionale di materiale limoso-argilloso. Le scadenti caratteristiche meccaniche di questo materiale hanno fortemente condizionato la posizione delle pile e quindi determinato l’importante lunghezza dello scavalco centrale di 270 m.

Technital è stata incaricata da OPRET, l’Ente nazionale che pianifica e gestisce il sistema di trasporto pubblico e in particolare le linee metropolitane di Santo Domingo, di svolgere – tramite il suo Progettista locale Yellow – dei servizi tecnici per la verifica indipendente del progetto esistente del ponte. Per gli aspetti più specialistici, Technital si è avvalsa della collaborazione del Prof. M.P. Petrangeli e del Politecnico di Milano, con i Proff. A. Zasso e D. Rocchi.

Le caratteristiche del ponte
Dati generali morfologici

Il ponte strallato ha una lunghezza complessiva di 520 m articolata su cinque campate, la maggiore delle quali attraversa il Rio Ozama con una luce di 270 m misurata agli assi delle antenne. Le campate di riva, di 125 m ciascuna, hanno una pila di ammarro intermedia per cui ciascuna di esse si suddivide in due luci di 65 e 60 m.

In riva destra si hanno poi cinque campate di approccio di 25 m ciascuna per cui la lunghezza totale dell’attraversamento risulta di 645 m. L’impalcato è in calcestruzzo ed ha una sezione a cassone trapezia monocellulare di 3,05 m di altezza e 12 m di larghezza. Le antenne, anch’esse in calcestruzzo, hanno la classica forma a “lira”.

Le fondazioni poggiano ciascuna su 24 pali trivellati del diametro di 2 m e della lunghezza di 70 m (nelle altre pile la lunghezza è di 35-40 m), eseguiti dalla Ditta italiana Trevi. Nella parte superiore i ritti delle antenne hanno all’interno una struttura metallica in cui vengono ancorati gli stralli.

Questa soluzione, ormai molto diffusa, consente di fare assorbire le componenti orizzontali dei tiri degli stralli, che inducono trazioni nelle sezioni dei ritti, alle lamiere metalliche, mentre le componenti verticali comprimono il calcestruzzo dei ritti stessi. L’impalcato, continuo su tutta la lunghezza di 645 m, è vincolato in semplice appoggio verticale su tutte le pile, bilaterale sulla pila 6 e sulla spalla 2.

Le azioni considerate

Va subito evidenziato come, diversamente da quello che accade in Italia, l’azione di gran lunga predominante nei Paesi caraibici è quella del vento che, durante i frequenti uragani, può raggiungere velocità da noi impensabili: 240 km/ora (66,7 m/s) velocità di picco nei 3 secondi con periodo di ritorno di 50 anni, ridotta a 160 km/ora (44,4 m/s) nei 10 minuti assunti come riferimento nei calcoli. Ciò, oltre alle rilevanti azioni statiche, comporta rischi di instabilità aerodinamica generalmente trascurabili nei nostri climi per luci medie quale quella in esame, e ha richiesto le prove nella galleria del vento illustrate più avanti. A parte il vento, le altre azioni sono paragonabili a quelle europee. I pesi dei veicoli della metropolitana, in particolare, sono stati assunti pari al 44% di quelli dei treni UIC71, cioè di quelli degli Eurocodici.

Sono state considerate anche le azioni sismiche assumendo uno spettro di risposta paragonabile a quello indicato da NTC 2008 per terreni tipo D e un’accelerazione di picco al suolo pari a 0,476 g. Una ulteriore verifica ha riguardato la “robustezza” del ponte, cioè la sua capacità di non crollare a seguito di eventi disastrosi non previsti in progetto (attentati, deragliamento convogli, ecc.). Questo controllo, ancora non regolamentato dalle Normative attuali, nel caso in esame si è tradotto nel verificare

che il ponte potesse ancora fornire un livello di servizio ridotto su un binario nel caso di rottura di due stralli consecutivi, qualsiasi sia la loro posizione, a causa del deragliamento di un convoglio di cui si è considerato il peso.

L’interazione binario struttura e la percorribilità ferroviaria

Come è noto, a causa dell’interazione tra binario e struttura, le variazioni termiche nel binario e nell’impalcato, la forza di frenatura e di avviamento ed i carichi verticali inducono sollecitazioni nelle rotaie e spostamenti relativi tra quest’ultime e l’impalcato, grandezze che vanno mantenute al di sotto dei limiti fissati dalle Norme.

Nel caso in esame si hanno rotaie UIC-54 (più leggere quindi di quelle dei binari ferroviari) con attacco diretto sulla soletta in calcestruzzo che ha, come del resto anche il ballast, un comportamento marcatamente non lineare che rende i calcoli molto laboriosi, non valendo più il principio di sovrapposizione degli effetti. È stato dunque necessario eseguire un’analisi di tipo “time history” applicando nuove azioni a partire dallo stato tensionale e deformativo generato dall’azione precedente.

Per quanto riguarda la percorribilità ferroviaria, cioè il comfort dei passeggeri e il rischio di deragliamento dei convogli, sono state condotte analisi dinamiche semplificate di tipo lineare con matrice delle masse costante, senza tenere conto dell’interazione treno struttura.

Per quanto riguarda le massime accelerazioni, queste assumono, nell’intero intervallo di velocità indagato, valori sempre inferiori a 0,15 m/s2, ampiamente accettabili ai fini del comfort del passeggero e sempre ben inferiori rispetto ai limiti di accettabilità previsti dalle Norme (3,5 m/s2).

Le prove nella galleria del vento

Il ponte è situato in una zona esposta al rischio di uragani di classe 5, ossia eventi di massima intensità in accordo con la scala Saffir-Simpson (venti con velocità > 248 km/ora).

Le condizioni ambientali severe e l’importanza della luce del ponte hanno da subito indicato la necessità di realizzare un modello fisico per valutare le azioni aerodinamiche (coefficienti aerodinamici statici) ed indagare i fenomeni aeroelastici (galoppo, flutter e distacco di vortici). Il Politecnico di Milano è stato incaricato di svolgere le prove in galleria del vento e le analisi numeriche di supporto, presso la grande camera di prova a strato limite nella sede del Campus Bovisa Sud, tra i mesi di Agosto e Dicembre 2014.