BuildUp - Il portale per le costruzioni - Applicazioni Strutturali

Un'applicazione rilevante di lastre autoportanti si ha nella realizzazione degli impalcati da ponte, laddove sia le dimensioni che le altezze dell'impalcato renderebbero piuttosto difficile la messa in opera di sostegni nella fase di costruzione.
Generalmente si tratta di sistemi composti con le travi in acciaio o in c.a.p. e l'impalcato in cemento armato. La soletta viene fatta collaborare in fase di esercizio con le travi tramite dei connettori (pioli nel caso di travi in acciaio o staffe emergenti nel caso di travi in c.a.p.). L'impalcato di solito ha uno sbalzo laterale, a destra e sinistra delle travi del ponte, che solitamente varia da 1,5 a 2,5m. Sia la soletta a sbalzo che le parti interasse delle travi del ponte sono realizzate con l'impiego di lastre tralicciate caratterizzate da tralicci autoportanti tipo "Baustrada" i cui correnti longitudinali hanno diametri di 8-10-12-14 -16 mm. e le staffe diametri di 6-7.2-8-10 mm. Il rapporto tra il diametro delle staffe e quello dei correnti, come stabilito dal D.M. del 1996 sulle costruzioni in c.a., non deve essere inferiore a 0,6, per garantire una buona saldatura, altrimenti a livello del diametro minore si crea una struttura cristallina a grana grossa con una inaccettabile riduzione delle caratteristiche meccaniche. La staffatura, in questo modo, trasferisce meglio gli sforzi tra biella compressa e biella tesa, con più rigidezza dell'intera struttura e meno deformazione nella fase di autoportanza.

Prima di realizzare le lastre tralicciate è necessario eseguire un calcolo strutturale per identificare il numero di tralicci necessari per sostenere la fase di getto prima della maturazione del calcestruzzo (autoportanza).
Ai procedimenti teorici di calcolo è bene che il produttore associ delle prove di laboratorio su lastre tralicciate con luci e carichi il più possibile rappresentativi. Tali prove permettono di conoscere il reale comportamento del traliccio e quindi di eseguire un calcolo in autoportanza corretto e più vicino alla realtà.
Dai diagrammi ricavati dalle prove di laboratorio, si rileva che la capacità portante di un traliccio a parità di altre condizioni aumenta con l'aumentare della dimensione delle staffe e del corrente superiore o con l'aumentare della sua altezza, mentre meno prevedibile è l'indicazione sul carico di collasso a taglio che rimane costante all'aumentare dell'altezza del traliccio.

Nella fase transitoria di autoportanza le lastre tralicciate presentano nella zona di campata il corrente superiore compresso i correnti inferiori tesi e le staffe alternativamente tese e compresse, mentre nello sbalzo i correnti superiori sono tesi e quelli inferiori compressi e quindi soggetti ad instabilità elastica per la mancanza di calcestruzzo nella fascia dei connettori; qualora necessario questi possono essere integrati da barre opportunamente posizionate nella soletta.
E' importante verificare che il taglio in corrispondenza degli appoggi sia assorbito dalle staffe; perché questo avvenga oltre ad una progettazione opportuna è necessario assicurarsi che le saldature fra correnti inferiori e staffe siano integre in corrispondenza dell'appoggio. Accade spesso infatti che, erroneamente, il traliccio, le cui staffe presentano un passo definito, vengano tagliate per raggiungere le luce desiderata.

Se l'impalcato presenta gli sbalzi laterali spesso è necessario che il getto dell'impalcato avvenga in due fasi, dapprima gettando le campate (zona di soletta tra le travi del ponte) e una parte dello sbalzo opportunamente dimensionata; in un secondo tempo, quando la resistenza è sufficiente (almeno Rck ³ 250 Kg/cm²) viene gettata la restante parte dello sbalzo, previo posizionamento della veletta laterale.
Questo permette di ridurre le sollecitazioni e quindi il numero di tralicci che prosegue dalla campata all'estremità dello sbalzo, nel rispetto dei vincoli esistenti, come ad esempio la distribuzione dei connettori.

Di seguito si illustra come viene eseguito il calcolo in autoportanza in due fasi (coincidenti con le fasi getto) in corrispondenza di uno sbalzo:
1a Fase: serve per calcolare la massima lunghezza del getto lungo lo sbalzo:
            - si parte dai dati dimensionali, dal peso proprio e dai sovraccarichi dovuti
              ai mezzi;
            - si calcola la tensione di trazione nei correnti superiori;
            - si calcola la compressione nei correnti inferiori, i quali possono andare in
              instabilità per carico di punta (quando la snellezza è maggiore a 250 si
              possono inserire dei ferri aggiuntivi opportunamente ancorati) nella parte
              della lastra dove è stato interrotto il getto; per questo motivo si inserisce
              in questa fase anche il dato della lunghezza libera di inflessione;
           - si calcola la compressione nelle staffe;

2a Fase: serve per calcolare la fase conclusiva del getto:
            - ai dati dimensionali di cui sopra si inserisce il peso del carico concentrato
               dovuto alla veletta che viene aggiunta a questo punto dell'opera;
            - si calcola la tensione di trazione nei correnti superiori, tenendo conto che
              la luce di sbalzo in questo caso è inferiore e che il traliccio risulta essere
              ora incastrato lì dove finisce il getto di prima fase;
            - si calcola la compressione nelle staffe; in questo caso i correnti inferiori
              non sono soggetti ad instabilità in quanto sono completamente annegati
              nella lastra.

Si tratta di un ponte autostradale a cassone, continuo su più campate, realizzato in struttura mista acciaio-calcestruzzo, di superficie pari a 40.000m² circa.
La struttura portante è un unico cassone a sezione trapezia realizzato in acciaio COR-TEN (Fe 430), con una soletta di 30cm di spessore, costruita utilizzando lastre tralicciate autoportanti aventi larghezza di 1,20m, una lunghezza pari a metà larghezza dell'impalcato (~6,50m) ed uno spessore pari a 5,0cm.
Le lastre in calcestruzzo presentano una interruzione della parte in calcestruzzo, in corrispondenza degli appoggi con la trave principale per la presenza dei pioli "Nelson".
La posa in opera dell'armatura è risultata facilitata in quanto tutta l'armatura necessaria per assorbire i momenti positivi dell'impalcato è contenuta nella lastra.

Sezione del Viadotto

1. Posizionamento delle lastre tralicciate sulla struttura portante in acciaio COR-
     TEN;
2.  Posizionamento dell'armatura secondaria di ripartizione e di quella al negativo;
3.  Prima fase di getto del calcestruzzo: vengono gettate le campate e una parte
    dello sbalzo opportunamente definita in fase di calcolo;
4. Seconda fase di getto del calcestruzzo: viene gettata la parte degli sbalzi
    restante dopo aver posizionato la veletta prefabbricata e dopo che il
    calcestruzzo ha raggiunto una resistenza di almeno 250 daN/cm².
In tutte le fasi di getto è bene evitare accumuli di calcestruzzo.
Per assorbire i forti momenti negativi dell'impalcato in fase di esercizio è stata inoltre realizzata una precompressione sia trasversale che longitudinale.

Di seguito si fornisce il calcolo in autoportanza realizzato per l'impalcato del ponte di San Mango. Il calcolo viene eseuguito considerando il traliccio come una struttura reticolare in acciaio soggetta al peso proprio del getto del calcestruzzo e ad un carico accidentale che tiene conto dei mezzi d'opera.

Si prevede inoltre di inserire nella lastra una rete elettrosaldata di confezione Pittini di tipo HD 520L per una migliore ripartizione degli sforzi e antifessurativa.

Peso proprio impalcato: 2500daN/cm² x 0,30m x 1,20m =   900 daN/m
Sovraccarichi mezzi d'opera: 100 daN/m² x 1,20m =          120 daN/m
                                                                             1020 daN/m
Campata

M_campata = 1389 daNm/120
T = 2104 daN/120

N = M_campata/h_ut = 6200 daN/120
dove:
h_ut = H-(0,4+f_sup/2+f_inf/2) = 22,4cm
H = altezza totale traliccio = 24cm
f_inf = diametro barra inferiore traliccio = 12mm
f_sup = diametro barra superiore traliccio = 12mm

l = L_o / r = 20 / 0,3 = 67 (snellezza)    Þ     w = 1,53 (il coeff. w viene ricavato
                                                             dalle norme DIN 4114 riferite ai tondi
                                                             realizzati con acciaio St52)
dove:
L_o = b x L = 20cm         (lunghezza libera di inflessione)
b = 1                          (coeff. di riduzione)
L = 20cm                    (luce º  passo delle staffe)
r = 0,3cm                    (raggio d'inerzia)

Verifica a trazione correnti inferiori:

l = L_o / r = 22,36 / 0,2 = 111 (snellezza)    Þ    w = 3,12
dove:
L_o = b x L_staffe = 22,36cm                       (lunghezza libera di inflessione)
b = 0,9                                               (coeff. di riduzione)
L_staffe = ((p/2)² + b² + h²ut)^1/2 = 24,85cm (lunghezza staffa)
p = 20cm                                            (passo)
b = B/2 - (f_inf + f_st/2) = 4cm
B = 10cm                                            (larghezza totale della base del traliccio)
r = 0,2cm                                            (raggio d'inerzia)

Il getto di completamento dell'impalcato deve essere effettuato in due fasi distinte:
1a Fase: getto delle zone soprastanti le campate e dello sbalzo per un tratto pari a
50 cm. (da filo appoggio).
2a Fase: completamento del getto nello sbalzo dopo aver posizionato le velette.

Tra i correnti inferiori dei tralicci che proseguono nello sbalzo, in corrispondenza della fascia senza calcestruzzo (asola max 100cm), andrebbe posta una barra almeno del diametro 18 mm, centrata sull'appoggio e ben ancorata nella lastra. Siccome in campata sono necessari 4f20, questi vengono fatti proseguire fino all'estramità opposta dello sbalzo, e quindi possono essere utilizzati per assorbire la compressione della fase transitoria di getto.

Verifica a compressione nelle barre aggiunte inferiori:
(i correnti inferiori soggetti al carico di punta non sono in grado di sopportare lo sforzo di compressione senza instabilizzarsi)

l = L_o / r = 100 / 0,5 = 200 (snellezza)       Þ     w = 10,13
dove:
L_o = b x L = 100cm       (lunghezza libera di inflessione)
b = 1                         (coeff. di riduzione)
L = 100cm                  (luce º  porzione senza calcestruzzo)
r = 0,5cm                   (raggio d'inerzia)

l = L_o / r = 22,36 / 0,2 = 111 (snellezza)       Þ       w = 3,12
dove:
L_o = b x L_staffe = 22,36cm                             (lunghezza libera di inflessione)
b = 0,9                                                    (coeff. di riduzione)
Lstaffe = ((p/2)² + b² + h²ut)1/2 = 24,85cm (lunghezza staffa)
p = 20cm                                                (passo delle staffe)
b = B/2 - (f_inf + f_st/2) = 4cm
B = 10cm                                              (larghezza totale della base del traliccio)
r = 0,2cm                                              (raggio d'inerzia)

Il getto della seconda fase deve essere effettuato dopo che il calcestruzzo della fase precedente ha raggiunto una resistenza superiore a 250 kg/cm².

Oltre al peso proprio dell'impalcato e ai carichi accidentali dei mezzi d'opera è necessario considerare un carico concentrato in corrispondenza dell'estremità dello sbalzo che tiene conto del peso della veletta prefabbricata di 150daN/120

Luce di calcolo = 120 cm (Luce netta 110cm) Si considera come incastro della parte restante dello sbalzo la sezione in corrispondenza al getto maturato.

l = L_o / r = 22,36 / 0,2 = (snellezza)      Þ    w = 3,12
dove:
L_o = b x L_staffe  = 22,36cm                          (lunghezza libera di inflessione)
b = 0,9                                                 (coeff. di riduzione)
L_staffe = ((p/2)² + b² + h²_ut)^1/2  = 24,85cm (lunghezza staffa)
p = 20cm                                              (passo)
b = B/2 - (f_inf + f_st/2) = 4cm
B = 10cm                                              (larghezza totale della base del traliccio)
r = 0,2cm                                              (raggio d'inerzia)