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Ponti, passerelle, viadotti e cavalcavia in acciaio

La realizzazione di un ponte nasce dall’esigenza dell’uomo di oltrepassare un ostacolo, naturale o artificiale, il quale costituisce una discontinuità solitamente per una via di comunicazione.

In seguito vengono presentati alcuni criteri di classificazione dei ponti, con particolare interesse per quello che li identifica in base allo schema statico.

Classificazione secondo l’ostacolo da superare
L’infrastruttura acquisisce propriamente il nome di ponte se l’ostacolo da superare è un corso d’acqua, quello di viadotto se costituito da una vallata o da una gola e, infine, quello di cavalcavia se rappresentato da un’altra via di comunicazione.

Classificazione secondo l’uso
I ponti possono anche essere classificati a seconda della tipologia del servizio: le opere finalizzate all’attraversamento di mezzi su ruote prendono il nome di ponti stradali, mentre quelle finalizzate al transito di mezzi su rotaia prendono il nome di ponti ferroviari; nel caso l’infrastruttura preveda il solo attraversamento di pedoni o ciclisti, essa acquisisce il nome di passerella pedonale o ciclopedonale.

Classificazione secondo lo schema statico
Premettendo che risulta complesso, addirittura forzato nel caso di sistemi ibridi, formulare una classificazione tipologica per i ponti in acciaio, in questa sezione si è cercato di individuare quattro categorie principali in relazione allo schema statico: ponti ad arco, ponti a travata, ponti strallati e ponti sospesi.
 

PONTI AD ARCO


Lo schema ad arco è stato fra i primi sistemi ad essere utilizzato nel corso della storia, poiché sfrutta il semplice meccanismo resistente a compressione dei materiali da costruzione.

È possibile distinguere due differenti schemi ad arco: ponti a via (o impalcato) superiore e ponti a via inferiore.

I ponti a via superiore sono così denominati perché l’impalcato è collocato in sommità: il tracciato può dunque seguire l’andamento altimetrico dell’arco oppure mantenersi pressoché costante grazie all’utilizzo di elementi verticali denominati piedritti, i quali hanno la funzione di trasmettere alla struttura ad arco i carichi provenienti dall’impalcato. In questo schema, le sezioni di imposta dell’arco devono necessariamente assorbire consistenti spinte orizzontali in aggiunta a quelle verticali. Solitamente questo tipo di meccanismo resistente viene utilizzato in presenza di terreni rocciosi ed è molto utile soprattutto per superare vallate, quando la via di comunicazione si trova ad una quota superiore rispetto al fondovalle.
Ponte Vecchio Paderno
Fig.1 - Esempio di ponte ad arco a via superiore: Ponte San Michele (1887-1889 – Paderno d’Adda, luce tot: 266 m, campata max: 150 m)

I ponti a via inferiore, invece, sono formati da un impalcato in posizione sottostante che risulta appeso tramite pendini alla struttura superiore ad arco. Questo schema resistente elimina la spinta orizzontale dell’arco mettendo in tensione l’impalcato e viene infatti utilizzato in quei casi in cui l’entità delle spinte risulti incompatibile con le strutture di fondazione o le caratteristiche del terreno. Questa tipologia prende anche il nome di ponte ad arco a spinta eliminata.
 
Ponte km29
Fig.2 - Esempio di ponte ad arco a via inferiore: Cavalcavia Autostrada A1 e TAV (2006 – Reggio Emilia, campata max: 221 m)
 

PONTI A TRAVATA


I ponti a trave, a travata o a telaio sono tipicamente usati per coprire luci minori e sono composti da uno o più sistemi di travi che sostengono l’impalcato seguendo differenti schemi resistenti.

I ponti composti da una trave o una serie di travi semplicemente appoggiate sulle pile e/o sulle spalle vengono impiegati per coprire luci minori. Presentano vantaggi tipici degli schemi isostatici, come ad esempio la semplicità nel calcolo e nella realizzazione e l’assenza di autotensioni indotte da diversi fenomeni, fra cui i cedimenti e i carichi termici. Tuttavia necessitano di molti giunti e apparecchi d’appoggio a svantaggio di maggiori costi di manutenzione. Appartenenti a questa categoria sono i ponti a Travata Gerber i quali migliorano lo sfruttamento del materiale grazie allo schema a cerniere interne che permette una distribuzione più uniforme delle sollecitazioni.

I ponti a trave o travata continua su più appoggi, al contrario, necessitano di pochi giunti e soprattutto sfruttano al meglio la resistenza dell’acciaio in campo plastico grazie alla configurazione iperstatica, introducendo nel calcolo gli effetti autoindotti dei carichi termici e dei cedimenti. Per i ponti a travata continua la soluzione oggi più diffusa è la sezione a cassone, che comporta molteplici vantaggi. Innanzitutto possiede una notevole capacità portante grazie all’elevata rigidezza e resistenza torsionale, diventando la soluzione ideale in caso di impalcati curvi e di carichi eccentrici. Grazie alla loro eleganza formale, inoltre, i ponti a cassone si inseriscono in modo gradevole nel paesaggio, diventandone un valore aggiunto.
 
Viadotto Serra-Cazzola Canicattì
Fig.3 - Esempio di viadotto a doppia travata continua su più appoggi: Viadotto Serra Cazzola (2009-2013 – Castrofilippo-Canicattì AG, luce tot: 980 m, campata max: 120 m)

Ponte sul PO travata
Fig.4 - Esempio di ponte a travata reticolare continua su più appoggi: Ponte sul fiume Po – SS9 (2009-2010 – Piacenza, luce tot: 810 m, campata max: 76 m)

Ponte sull'Arno Pontedera
Fig.5 - Esempio di ponte con impalcato a cassone monocellulare: Ponte sul fiume Arno (2009 – Pontedera PI, luce tot: 320 m, campata max: 160 m)

 
I ponti a telaio possono avere differenti conformazioni a seconda dell’uso, e sono formati dai collegamenti resistenti a flessione denominati traversi di telaio e dagli elementi verticali d’appoggio chiamati ritti di telaio. Nei casi in cui si ricorre a ritti inclinati, ad esempio per viadotti alti su valli, lo schema strutturale prende il nome di ponte a cavalletto, nel quale si genera un meccanismo di compressione sul traverso di telaio.
 
Viadotto Caffaro
Fig.6 - Esempio di viadotto a doppio cavalletto: Viadotto Caffaro (2011-2015 Lauria PZ, luce tot: 399 m, campata max: 139 m)
 

PONTI STRALLATI


I ponti strallati sfruttano il meccanismo resistente assiale degli elementi. Il peso dell’impalcato è trasferito alle antenne (torri compresse) attraverso gli stralli (cavi tesi), i quali ne costituiscono l’elemento caratterizzante. Gli stralli trasmettono con una certa angolazione i carichi provenienti dall’impalcato alla sommità delle torri.

L’antenna, a sua volta, scarica verticalmente il carico alla pila e dunque al suolo sfruttando il meccanismo resistente a compressione. Per evitare che vi sia flessione lungo le torri è necessario che la risultante delle forze provenienti dagli stralli coincida con l’asse dell’antenna stessa. Esistono varie tipologie di antenna: la configurazione con antenna centrale prevede l’utilizzo di un impalcato di tipo torso-rigido (vedi Fig.7), quella ad “H o doppia I” (vedi Fig.8), in cui le antenne sono disposte sui lati, affida gran parte della rigidezza torsionale alle due file di stralli, mentre quelle ad “A” o “λ” (vedi Fig.9), nelle quali le antenne ai lati si ricongiungono in sommità, garantiscono minori oscillazioni torsionali grazie alla collaborazione degli stralli e contemporaneamente possiedono una migliore resistenza alle sollecitazioni trasversali.
 
Millau Bridge
Fig.7 - Esempio di ponte strallato con antenna centrale: Viadotto di Millau (2001-2004 – Millau, Francia, luce tot: 2.460 m, campata max: 342 m)

Sydney Lanier Bridge
Fig.8 - Esempio di ponte strallato con antenna ad “H”: Sidney Lanier Bridge (2003 – Brunswick, Georgia, USA, luce tot: 2.371 m, campata max: 381 m)

Rion Antirion Bridge
Fig.9 - Esempio di ponte strallato con antenne a “λ”: Rion Antirion Bridge (1999-2004 – Golfo di Corinto, Grecia, luce tot: 2.883 m, campata max: 560 m)

La disposizione degli stralli sulle antenne è determinante sul rendimento del complessivo schema statico: una disposizione degli stralli “a ventaglio” ottimizza il supporto verticale dell’impalcato, ma riscontra difficoltà realizzative causate dal sovraffollamento dei cavi in sommità e problemi strutturali generati dalla concentrazione degli sforzi; lo schema “ad arpa” evita il sovraffollamento degli stralli, ma ne riduce di gran lunga il rendimento; lo schema “a ventaglio modificato” rappresenta la soluzione costruttiva più bilanciata.

L’inclinazione degli stralli causa tuttavia compressione sull’impalcato crescente man mano che ci si avvicina alla base delle torri. Questa caratteristica ne limita l’uso per luci molto grandi.
 
Ponte Oresund
Fig.10 – Esempio di configurazione ad arpa: Ponte di Øresund (1995-2000 – Dragør-Malmö, Danimarca-Svezia, luce tot: 15.900 m, campata max: 490 m)


Fig.11 - Esempio di configurazione a ventaglio modificato: Beipanjiang Duge Bridge (2016 – Liupanshui, Cina, luce tot: 1.340 m, campata max: 720 m)
 

PONTI SOSPESI


Questa tipologia è utilizzata per coprire le luci maggiori, poiché sfrutta interamente il meccanismo resistente assiale degli elementi. L’impalcato è sorretto da cavi verticali denominati “pendini” (schema ad appoggio elastico), i quali trasferiscono verticalmente il peso solitamente ad una coppia principale di funi. Ciascuna fune, correndo da una sponda all’altra, solitamente è ancorata a terra e trasferisce il carico proveniente dai pendini alle torri (pennoni). In questo modo si evita di creare compressione nell’impalcato, trasferendo a terra le spinte orizzontali. In caso non sia possibile trasferire a terra le spinte orizzontali è possibile ancorare le funi direttamente all’impalcato, generandovi tuttavia sollecitazioni di compressione. Per evitare inoltre che sul pennone si formino sollecitazioni di tipo flessionale, si consente alla fune di scorrere in sommità, adattandosi ai carichi variabili agenti.
 
Ponte Akashi Kaikyo
Fig.12 - Esempio di ponte sospeso: Akashi Kaikyo Bridge (1988-1998 – Kobe, Giappone, luce tot: 3.911 m, campata max: 1.991 m)
 

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