Le 5 principali tipologie costruttive per eseguire impalcati di ponti in calcestruzzo
I ponti e i viadotti sono l’infrastuttura per eccellenza dell’ingegneria civile. Permettono infatti il collegamento di trasporto (può essere veicolare, ferroviario, o pedonale) tra due località, in ambito urbano o extra-urbano.
Ne esistono molte tipologie, classificabili in base a materiale utilizzato, lunghezza, forma, altezza, e a molte altre variabili.
In questo articolo analizziamo insieme quei ponti che presentano un impalcato in calcestruzzo gettato in opera: vedremo quali sono le tipologie più comuni, e come si può procedere alla loro casseratura.
Innanzitutto, come si possono classificare gli impalcati in calcestruzzo dei ponti?
Classificazione per geometria
Gli impalcati di ponti in calcestruzzo si possono classificare per geometria secondo 3 tipologie principali:
Ponte a travata rettilineo: questa geometria appartiene a tutti quegli impalcati di ponti e viadotti che sono rettilinei e senza inclinazioni importanti. Tale tipologia è geometricamente la più semplice da risolvere a livello di casseratura, anche se occorre analizzare la tipologia di sezione (vedi prossimo paragrafo): la sezione costante non presenta particolari complicazioni, una sezione variabile va invece studiata con attenzione.
Ponte a travata a geometria curva: Qualche complicazione in più esiste nel caso di geometria curva, ovvero quando l’impalcato del ponte o viadotto presenta una certa curvatura e, quindi, una certa inclinazione. In questo caso occorrerà uno studio più approfondito della superficie di casseratura e della soluzione, che presenterà quote diverse nelle varie direzioni.
Ponte ad arco: La tipologia più complessa è sicuramente quella del ponte ad arco, dove la struttura ha funzione portante per le pile e per il piano stradale soprastante, scaricando tutte le forze alle fondazioni attraverso l’imposta ad arco. Tale tipologia viene scelta per superare grandi distanze quando non si ha la possibilità di appoggiarsi su pile a terra.
Ponte sospeso: i ponti sospesi permettono il superamento di luci molto importanti, e sono caratterizzati dalla presenza di pochi piloni che trasmettono i carichi alla fondazione sostenendo l’impalcato tramite elementi a trazione (tiranti o cavi in acciaio).
Classificazione per sezione
Sono molte le sezioni che possono essere presenti negli impalcati di ponti in calcestruzzo gettati in opera, e la scelta progettuale può dipendere da diverse variabili: dalle sollecitazioni di progetto, dalla lunghezza della campata, dalla larghezza, e da molti altri fattori in gioco.
Tra le tipologie più usate, si possono considerare le seguenti sezioni:
Sezione scatolare semplice: è la sezione meno complicata da progettare e costruire, in quanto la sezione ha una geometria semplice e costante. In generale la sezione a cassone è in grado di fornire un’elevata resistenza a sollecitazioni torsionali, tipicamente dovute all’eccentricità dei carichi mobili dei veicoli.
Sezione scatolare monocellulare (costante o variabile): l’esigenza di ridurre le dimensioni trasversali delle sottostrutture (pile e pulvini), elemento importante soprattutto per le sopraelevate urbane ed extraurbane, ha portato ad una frequente progettazione di sezioni con nucleo chiuso ridotto rispetto alla larghezza totale della sezione dell’impalcato.
Sezione ad ali di gabbiano alleggerita (costante o variabile): la sezione alleggerita ad ali di gabbiano permette di ridurre gli spessori mantenendo intatte le caratteristiche di resistenza alle sollecitazioni principali.
Sezione con travi a T: la sezione aperta con travi a T è la sezione più semplice dal punto di vista strutturale, ma anche la meno performante dal punto di vista dei pesi propri strutturali e delle resistenze a torsione.
Casseratura della sovrastruttura
La sovrastuttura, o impalcato, può essere casserata con diverse metodologie a seconda delle caratteristiche dell’impalcato stesso e della situazione orografica sottostante.
Sono 5 le tipologie costruttive principali per la casseratura di impalcati di ponti in calcestruzzo, andiamole a vedere nel dettaglio:
- Impalcatura di sostegno
- Impalcatura di sostegno con portico
- Conci a sbalzi successivi
- Travi prefabbricate in situ
- Centina autovarante
Impalcatura di sostegno
L’impalcatura di sostegno è una struttura formata da torri di puntellazione multidirezionali controventate fra loro, che hanno la funzione di trasferire a terra i carichi agenti di costruzione, ovvero il peso proprio, il peso della cassaforma e quello del calcestruzzo.
Tale sistema permette di raggiungere altezze anche importanti, sostenendo all’altezza richiesta la cassaforma dell’impalcato. La cassaforma dell’impalcato è tipicamente composta da una doppia intelaiatura di travi metalliche e lignee ricoperta dal manto fenolico (vedi ultimo paragrafo).
L’impalcatura di sostegno può essere ottimale nelle seguenti condizioni:
- Altezze fino a 20 mt;
- Possibilità di appoggio a terra;
- Basso numero di campate.
Impalcatura di sostegno con portico
L’impalcatura di sostegno con portico è una versione della precedente che permette di superare luci fino a 20 mt senza appoggio a terra. Si utilizza nei casi in cui occorre garantire il passaggio veicolare durante la fase di esecuzione, o nei casi in cui occorre superare un ostacolo o un corso d’acqua.
Il portico viene ottenuto utilizzando diversi profili metallici a seconda della lunghezza della campata. Per campate fino a 12 mt è possibile utilizzare profili HEB-400 che appoggiano su profili HEB-300 e HEB-140.
Per luci maggiori occorre utilizzare travi reticolari che appoggiano su torri ad alta portata (formate non più da impalcatura multidirezionale ma da profili metallici).
L’impalcatura di sostegno con portico può essere ottimale nelle seguenti condizioni:
- Altezze sopra i 20 mt;
- Superamento di un corso d’acqua o di una strada cui garantire il passaggio veicolare, di lunghezza superiore a 20 mt.
- Presenza di molte campate, dove è antieconomico lo spostamento (montaggio e smontaggio) dell’impalcatura di sostegno
Conci a sbalzi successivi
Il sistema a conci a sbalzi successivi è costituito da strutture metalliche traslabili che sostengono la cassaforma a sbalzo, gettando in maniera simmetrica su entrambi i lati della pila. Tali strutture permettono l’armatura, il disarmo e la traslazione, che avviene tramite martinetti appoggiati sul concio di ponte appena gettato (o, in alcuni casi, tramite grandi gru).
Il processo per conci a sbalzi successivi va considerato fin dalla progettazione del ponte stesso, in quanto occorre determinare la lunghezza di getto dei conci, l’angolo di getto, la lunghezza del concio di appoggio e la resistenza necessaria nel calcestruzzo, oltre ad altri fattori.
Il processo inizia dalla pila, avanzando a sbalzo sui due lati contemporaneamente ed in modo da mantenere l’equilibrio durante i getti. Dopo il primo getto si montano le strutture metalliche su ogni lato, appoggiandosi sul concio già gettato e sbalzando di 3-5 mt.
Il progetto della casseratura deve essere studiato getto per getto, garantendo l’adattamento della cassaforma ad ogni sezione durante l’avanzamento dei getti.
Il procedimento con conci a sbalzi successivi può essere ottimale nelle seguenti condizioni:
- Altezze maggiori di 20 mt;
- Nessuna possibilità di appoggio a terra;
- Ponti ad arco.
Travi prefabbricate in situ
Un’opzione uitilizzabile in alcuni casi è quella di prefabbricare in situ le travi portanti dell’impalcato, così da doverle solo posizionare in quota sopra le pile, per poi gettare la soletta di completamento. Tale processo permette di evitare il trasporto di travi prefabbricate in stabilimento, operazione che potrebbe risultare molto complessa a causa della loro lunghezza, e di velocizzare il processo di costruzione rispetto a una soluzione non prefabbricata.
D’altro canto occorre comunque studiare una soluzione di cassaforma per il successivo getto della soletta di completamento, ed inoltre questa soluzione non permette eccessive curvature e/o inclinazioni.
Il sistema con travi prefabbricate in situ può essere ottimale nelle seguenti condizioni:
- Ponti/viadotti rettilinei;
- Tempi di costruzione ristretti;
- Progettazione con Sezione a T.
Centina autovarante
La centina autovarante è una autentica macchina che andrebbe trattata come tale, più che come un sistema di cassaforma. E’ formata da una struttura di supporto costituita da una enorme trave longitudinale, che funge da struttura di supporto e da guida per la struttura trasversale mobile che sostiene la cassaforma.
La centina può essere posta superiormente all’impalcato (in questo caso la cassaforma rimane appesa) o inferiormente all’impalcato (in questo caso la cassaforma è appoggiata).
La centina si muove con martinetti traslando dal concio appena gettato fino alla pila successiva, appoggiandosi quindi su 2 pile consecutive e sul concio appena gettato; pertanto la sua lunghezza dovrà essere almeno 2 volte la lunghezza della campata.
La centina autovarante è un sistema lungo da montare (tra 1 e 2 mesi, a seconda della lunghezza) e molto costoso, pertanto è giustificato solo in ponti di grande lunghezza (minimo 7 o 8 campate) e/o altezze tali per cui l’appoggio a terra sarebbe troppo costoso (sopra i 20 mt).
Una variante utilizzata della centina autovarante è la trave di varo di travi o conci prefabbricati: il sistema è lo stesso, ma al posto che traslare la cassaforma dell’impalcato vengono spostate direttamente le travi prefabbricate o il concio prefabbricato.
La centina autovarante può essere ottimale nelle seguenti condizioni:
- Alto numero di campate;
- Altezze da terra importanti;
- Ponti/viadotti rettilinei a sezione costante.
Casseratura dell’impalcato
La cassaforma dell’impalcato è solitamente formata da una doppia orditura di travi, una lignea e una metallica, che poggia sulla struttura sottostante, che sia una impalcatura di sostegno, una impalcatura di sostegno con portico, o altri tipi di sostegno.
Il manto di copertura a contatto con il calcestruzzo è solitamente formato da pannelli in legno o, più spesso, da fogli in multistrato con finitura fenolica.
Mentre un impalcato in soletta piena richiede un unico getto, l’impalcato scatolare richiede almeno 2 getti.
La costruzione di ponti e viadotti richiederebbe molti altri approfondimenti, che per limiti di spazio non è possibile affrontare in questo articolo.
Lo faremo sicuramente in altri articoli, seguici!
