PONTI METALLICI

PONTI METALLICI

PONTI METALLICI

Colonnello Dott.  Mario Pietrangeli (*)

Dott. Ing. Michele Antonilli (**)

1        Generalità

Lungo la rete ferroviaria italiana, su uno sviluppo complessivo di oltre 16000 km., si dispiegano ponti, viadotti e sottovia per una lunghezza globale di circa 500 Km. A fronte di una dotazione di opere di attraversamento vasta, l’età media delle strutture esistenti risulta piuttosto elevata e le tipologie strutturali cui esse appartengono risultano spesso di antica concezione. Giova rammentare inoltre che dall’epoca dell’impianto delle linee, i treni teorici di calcolo hanno avuto un incremento di oltre il 100% passando dalla V categoria al treno tipo A/1945, sino ad arrivare agli attuali schemi di progetto. Tale incremento è molto più sentito dalle travate metalliche che non dai ponti in muratura. Conseguentemente, è molto più sentita per i ponti in ferro l’esigenza dell’adeguamento o della sostituzione di vecchi ponti per nuove esigenze di carico o di aumento di velocità. Vista l’importanza di tale tipologia di materiali si ritiene “utile” presentare una panoramica di ponti metallici, materiali metallici per ponti (cavi in acciaio), travate e ponti provvisori che possono essere utilizzati per il rinnovo delle linee, preceduta da una sintetica illustrazione dei più significativi ponti metallici  (in parte o completamente metallici) costruiti nel mondo.

 

2        I PIÙ CELEBRI PONTI METALLICI REALIZZATI NEL MONDO

Per meglio evidenziare l’importanza di questa tipologia di costruzioni metalliche, vengono ricordate le principali strutture realizzate nel mondo.

  • ·         IronBridge(1779, figura 1). L’Iron Bridge di Coalbrookdale (Shropshire – UK) fu il primo grande ponte realizzato interamente in ferro. Progettato nel 1779 da T. F. Pritchards, è un ponte ad arco unico in ferro composto da cinque centine quasi semicircolari a sostegno di un piano stradale di larghezza 7 m. Per la sua realizzazione sono state impiegate circa 363 tonnellate di ferro, la sua campata è di 30.5 m e la lunghezza totale è di 60 m. Nel 1934 l’”Iron” fu chiuso al traffico e attualmente è considerato “Monumento Nazionale” utilizzato dai pedoni.
  • ·         ViadottoGarabit (1884, figura 2).  Il viadotto Garabit (Massiccio Centrale – Francia), dovuto all’opera di Gustave Eiffel, progettista della celebre Torre, è una realizzazione ad arco parabolico che attraversava la stretta e ripida vallata in 5 punti. Le due corte campate sulle sponde erano sostenute da pilastri metallici su basi in muratura a forma di piramide tronca, il più alto dei quali misura 90 m. La campata centrale era retta da un arco a forma di luna crescente. Ciascuna metà dell’arco veniva sospesa a cavi in acciaio, mentre i suoi componenti erano saldati e portati fino a metà campata. Innalzandosi fino a 122 m oltre il pelo dell’acqua, questo viadotto rimase per molti anni il ponte più alto del mondo.
  • ·         Il Ponte di Paderno (1889, figura 3). Il primo obiettivo nel 1880 della costruzione di un ponte ferroviario a Paderno d’Adda fu il miglioramento e lo snellimento del traffico commerciale, che fino ad allora gravava completamente sui trasporti fluviali. Il fiume non era più sufficiente a smaltire il continuo traffico di prodotti finiti e il “tappo del Naviglio” creava non poche difficoltà. Il Progettista del ponte fu lo Svizzero Roethisberger che perfezionò la “teoria dell’ellisse di elasticità”, teoria che venne sempre utilizzata nella progettazione dei ponti fino al secondo decennio del nostro secolo. S’iniziarono i lavori del ponte con la costruzione delle due spalle in muratura. Nel frattempo presso le Officine meccaniche di Savigliano si fabbricavano gli elementi metallici che, assemblati, avrebbero formato il grande arco. I lavori durarono 28 mesi (dal gennaio 1887 al maggio 1889). Alcuni dati bene evidenziano la complessità e l’imponenza del manufatto: lunghezza della travata metallica stradale e ferroviaria 266 m, altezza del piano stradale sul fiume circa 80 m, corda dell’arco 150 m, freccia dell’arco 37,5 m, 2.515 tonnellate di ferro per l’intera struttura reticolare, 110 tonnellate di fusioni e fucinati vari, 100.000 chiodi per il solo arco, gli scavi per la fondazione dell’arco si spinsero fino a 10 m di profondità. Le prove di stabilità del viadotto furono fatte con 6 locomotive del peso di 83 ton. ciascuna, in 4 prove successive. Altre opere progettate dal Rothlisberger sono i ponti sul Po di Casalmaggiore e di Cremona.
  • ·         ForthBridge(1890, figure 4, 5, 6). Nel 1800 erano iniziati gli studi in Scozia per il superamento con un Tunnel del Fiume Forth tra le sponde di Edinburgo e Dundee. Nel 1806 fu abbandonata l’idea del Tunnel per perseguire molto dopo quella della costruzione di un ponte metallico ferroviario. Il Forth Bridge fu il più grande ponte ferroviario ad essere costruito interamente in acciaio, e tuttora rimane il ponte più lungo del tipo “a mensola” (cantilever). Progettato nel 1887 dagli ingegneri Baker e Fowler, è un ponte ferroviario in acciaio in grado di resistere ad una pressione del vento di 80 Kg/m. In questa tipologia di strutture, una trave rigida si proietta da una base, come un ramo dal tronco dell’albero, per sostenere la campata centrale. L’isoletta di Inchgarrie, al centro del fiume Forth (UK), fu utilizzata come fondazione per una delle tre massicce travi, mentre gli altri due pilastri vennero issati sulle sponde di Fife e Queensferry. Le mensole sono collegate da due campate sospese a travi maestre di 107 m ciascuna, innalzate “in loco” una alla volta. Inaugurato nel 1890, il Forth Bridge costituisce una tappa significativa della volontà dell’uomo di dominare la forza del vento.
  • ·         Ponte Ludendorff (1918, figure 7, 8). Costruito in Germania durante la 1^ Guerra Mondiale, era uno dei ponti ferroviari che attraversavano il fiume Reno per facilitare il trasporto di truppe e materiali bellici da est a ovest. Esso venne realizzato dalla Soc. Grun e Bilfiger come un arco di acciaio con campate laterali a capriata trasversale. Ad ogni estremità erano state poste due torri – fortezze di pietra con feritoie per cannoni. I treni transitavano sul ponte (lungo 326 m) e, dopo aver attraversato una galleria ferroviaria di 365 m, giungevano nella località di Remagen.
  • ·         Ponte Akashi Kaikyo (a sei corsie autostradali, 1998, figura 9). Realizzato in Giappone, con la sua campata maestra di 1990 m sospesa realizzata facendo ampio uso di varie tipologie di cavi in acciaio (dei quali in un paragrafo seguente si daranno delle nozioni tecniche generali), viene considerato un vero e proprio gioiello della tecnologia (lunghezza totale 3910 m). Completato nel 1998, per un costo di 7.6 miliardi di dollari, è il ponte sospeso più lungo e costoso del mondo. Data la recente realizzazione, questa struttura ha beneficiato dei progressi dei materiali, il più notevole dei quali è stato l’impiego di un cavo in acciaio ad alta resistenza mai adoperato in precedenza per un ponte sospeso. In virtù dell’accresciuta forza tensionale di questo cavo, è stato possibile l’impiego di due, anziché quattro, cavi maestri. Tale ponte collega la città industriale di Kobe con la zona industriale di Awaji.

Per maggior completezza vengono di seguito riportate le tabelle contenenti i dati numerici significativi dei ponti metallici più lunghi del tipo: a cavi, con capriata a mensola in acciaio, arco in acciaio, con capriata e campata in acciaio, a travata in acciaio.


Tabella n. 1

Ponti metallici a cavi

Nome Luogo Paese

Data del completamento

Lunghezza campata [m]

Akashi Kaikyo Kobe-Naruto Giappone

1998

1990

Ponte di Öresund Malmö-Copenaghen Danimarca/Svezia

2000

1092

Tatara Onomichi-Imabari Giappone

1999

890

Pont de Normandie Le Havre Francia

1995

856

Quingzhou Minjiang Fuzhou Cina

1996

605

Yangpu Shangai Cina

1993

602

Xupu Shangai Cina

1997

590

Meiko-Chou Nagoya Giappone

1997

530

Skarnsudet Trondheim Norvegia

1991

530

Tsurumi Tsubasa Yokoama Giappone

1994

510

Ikuchi Onomichi-Imabari Giappone

1991

490

Higashi-Kobe Kobe Giappone

1992

485

 

 

 

 

 

 

Tabella n. 2

Ponti metallici con capriata a mensola in acciaio

Nome Luogo Paese

Data del completamento

Lunghezza campata [m]

Québec Québec City Canada

1917

549

Forth Queenferry Scozia

1890

521

Nanko Osaka-Amagasaki Giappone

1974

510

Commodore Barry Chester, PA USA

1974

501

Greater New Orleans Louisiana USA

1958

480

Greater New Orleans II Louisiana USA

1988

480

Fiume Howrath Calcutta India

1943

457

Gramercy Gramercy, LA USA

1995

445

S. Francisco/Oakland Bay Bridge S. Francisco, CA USA

1936

427

Baton Rouge Baton Rouge, LA USA

1968

376

 

 

Tabella n.  3

Ponti metallici ad arco in acciaio

Nome Luogo Paese

Data del completamento

Lunghezza campata [m]

New River Gorge Fayetteville, WV USA

1978

518

Bayonne New Jersey-New York USA

1931

504

Sydney Harbor Sydney Australia

1932

503

Fremont Portland, OR USA

1973

383

Port Mann Vancouver, BC Canada

1964

366

Thatcher Balboa Panama

1962

344

Trois Rivière Quèbec Canada

1967

335

Runcorn-Widnes Fiume Mersey UK

1961

330

Zdákov Lake Orlik Rep. Ceca

1967

330

Birchnough Fiume Sabi Zimbabwe

1935

329

 

 

Tabella n.  4

Ponti metallici con capriata e campata in acciaio

Nome Luogo Paese

Data del completamento

Lunghezza campata [m]

Astoria Fiume Columbia, OR USA

1966

376

Francis Scott Key Baltimora, MD USA

1977

366

Oshima Yanai City-Oshima Giappone

1976

325

Kuronoseto Akune City-Nagashima Giappone

1974

300

 

 

Tabella n. 5

 Ponti metallici a travata in acciaio

Nome Luogo Paese

Data del completamento

Lunghezza campata [m]

Costa e Silva Rio de Janeiro-Niteroi Brasile

1974

300

Neckartalbrueche Weitingen Germania

1978

263

Sava I Belgrado Serbia

1956

261

Ponte de Vitoria III Espirito Santo Brasile

1989

260

 

 

 

 

3        TRAVATE TIPO LANGER (Sistemi Collaboranti Arco – Trave ).

Qualora nell’impalcato del ponte non esistano giunti, la rigidezza flessionale dello stesso non è più trascurabile, specie per luci medio – piccole, ed i carichi esterni vengono portati parte dalla trave e parte dall’arco. I Sistemi Collaboranti Arco – Trave vengono impiegati sia nel caso di strutture metalliche nei Ponti Langer sia nel caso del cemento armato.

La “trave Langer” (citata figura 10 ) è costituita, dall’accoppiamento di un arco sottile (parabolico) e di una trave orizzontale “rigida”, collegati da tiranti verticali: i carichi vengono trasmessi attraverso la sospensione a cortina dalla trave all’arco in modo uniforme in virtù della notevole rigidezza della trave. Questo tipo di struttura, estremamente valida anche dal punto di tipo estetico, per quanto molto diffusa all’estero, non ha visto in Italia che poche applicazioni in ponti stradali, quali il ponte stradale sul torrente Mallero a Sondrio e il ponte per tubazioni a Taranto, mentre per le strutture ferroviarie essa è di assoluta novità. La trave Langer è particolarmente adatta per pontiferroviari a struttura metallica su luci comprese fra gli 80 ed i 160 m; inoltre, tale tipologia di travate è utilizzata per i sovrappassi pedonali come la passerella realizzata nel 1974 a Pontedera sul fiume Erzi. Di seguito si riportano le principali caratteristiche della struttura. Lo schema strutturale adottato è del tipo combinato arcotrave, con arco sottile e trave irrigidente collegati da tiranti verticali. All’arco parabolico, di modesta rigidezza flessionale, sono affidati il peso proprio della struttura e i carichi di servizio distribuiti; la trave oltre alla funzione di tirante dell’arco, assolve a quella di assorbire le flessioni dovute a sovraccarichi non uniformi. I dati significativi di questa passerella sono:

   altezza sul livello di magra 10.0 m;

   luce netta 68.70 m;

   larghezza utile 3.00 m.

Le travi hanno il triplice compito di: irrigidire l’arco, assorbirne la spinta e servire da parapetto; sono alte 1.50 m e sono disposte all’estradosso della soletta. La sezione della trave, composta da due anime laterali, una nervatura centrale e la controsoletta di fondo, collabora interamente alla resistenza alle sollecitazioni di tensoflessione presenti. La soletta di calpestio gettata in seconda fase, delimita un cassone che collabora alla rigidezza torsionale dell’impalcato. Per realizzare la precompressione, sono stati impiegati 20 cavi composti, rispettivamente da 12, 20 e 32 fili di diametro 7 mm, con andamento parallelo all’asse del ponte e cavo risultante baricentrico.

 

4.      PONTI SISTEMA NIELSEN (figura 11)

Nel ponte ad arco sottile e trave irrigidente a sospensione verticale (ponte tipo Langer), la trave – catena è sollecitata a tensoflessione e viene verificata nelle più sfavorevoli condizioni di distribuzione dei carichi accidentali con procedimento analogo a quello relativo ai ponti sospesi a travata irrigidente. Allorché la sospensione è invece ad elementi inclinati (ponte Nielsen, figura 11) tutto il sistema si comporta come trave reticolare parabolica. Normalmente viene impiegato un tipo d’impalcato in c.a.p.. Questa precauzione consente dal punto di vista tecnologico e costruttivo di realizzare l’ordito di impalcato in calcestruzzo precompresso trasversalmente e reso collaborante con le briglie inferiori e con il graticcio di traversoni e longherine; oppure in assenza delle traverse e delle longherine metalliche, reso solidale alle sole piattabande superiori delle briglie inferiori delle travi principali. Operando in questo modo si conseguono costi bassi, ed elevate rigidezze grazie all’impiego razionale di un materiale relativamente economico (il calcestruzzo). A ciò si associano ottime prestazioni statiche e un piano di posa per l’armamento ferroviario che garantisce una buona continuità meccanica del piano di scorrimento dei carichi mobili. Le travate tipo Nielsen, conseguentemente, sono adatte anche per luci medio – grandi (80¸160 m) e si prestano assai favorevolmente ad essere realizzate in struttura composta.

Tabella n. 6

 Raffronto tra ponti ferroviari a struttura di acciaio per attraversamenti con luci di 90 m

 

Parametri Caratteristici Ponte Langer Ponte Nielsen
Numero degli elementi costruttivi n° di elementi prefabbricati formanti le travi principali 44 64
n° di elementi strutturali costituenti i traversoni 12 12
n° di elementi strutturali costituenti le longherine 22 22
n° di aste formanti la controventatura principale superiore 28 25
n° totale di elementi  prefabbricati in officina da montare in opera 106 126
Collegamenti fra gli elementi infrastrutturali n° dei collegamenti di forza fra gli elementi delle travi principali 64 68
n° dei giunti fra traversoni e  travi principali 24 24
n° dei giunti fra longherine e traversoni 44 44
n° dei giunti fra le membrature delle controventature principali 56 50
n° dei  giunti fra le aste dei diaframmi trasversali
n° totale dei connettori a taglio per solette collaboranti 2.300 2.500
n° totale dei collegamenti da chiudere in opera 188 186
n° totale dei chiodi o dei bulloni in fori calibrati da applicare in opera 18.000 19.000
Pesi strutturali Peso delle travi principali o della travata principale [Kg] 285.000 256.000
Peso degli elementi strutturali secondari (traversoni, longheroni, controventi) [Kg] 30.300 30.300
Peso degli elementi di collegamento (coprigiunti + chiodi o bulloni) [Kg] 63.000 57.300
Peso totale della struttura in acciaio [Kg] 378.300 343.600

 

 

5        PONTI MAILLART (Sistemi Collaboranti Arco – Trave)

I ponti Maillart sono costituiti dall’accoppiamento di una travata irrigidente con un arco sottile impostato direttamente al suolo, tramite proprie fondazioni. Una tale tipologia è impiegata in attraversamenti di gole rocciose profonde, per ponti a via superiore di media e grande luce (80 ¸ 280 m), ed anche per ragioni estetiche connesse ad un valido inserimento nell’ambiente. Costruttivamente può convenire realizzare l’arco in un sistema composto acciaio – c.a., mentre la tipologia della travata orizzontale, realizzata in acciaio, può essere sia reticolare che a cassone, purché dotata di sufficiente rigidezza flessionale e torsionale. In sostanza, l’Ingegnere Svizzero Robert Maillart (1872 – 1940) ha fatto ampio uso delle sorprendenti proprietà fisiche della catenaria rovesciata.  Nell’ipotesi di arco infinitamente flessibile (volta) rispetto alla trave, si tende a sottovalutare le sollecitazioni nell’arco poiché si trascurano le sollecitazioni di flessione, mentre la valutazione delle tensioni nella trave è in eccesso. L’impossibilità da parte dell’arco di assorbire momenti flettenti fa sì che il sistema di forze ripartite che gli vengono trasmesse dai montanti abbia come poligono funicolare la linea d’asse dell’arco, qualsiasi sia il carico esterno. Nell’arco si avrà solo lo sforzo normale. Ne è un esempio il ponte Salgina – Tobel in Svizzera. L’arco portante non subisce alcun sforzo di flessione, ma trasmette solo forze di compressione pura. Di fatto, in conseguenza delle proprietà geometriche menzionate, per Maillart le due parti principali di cui la costruzione si compone, l’impalcato stradale e l’arco portante (ossia il ponte) che sostiene il piano viabile sul vuoto, costituiscono un’unità inscindibile: l’impalcatura non è un peso morto che grava sulla struttura di sostegno ma, fondendosi con questa, a causa della sua forma, contribuisce concretamente alla resistenza della compagine reagente.

 

 

 

6        TRAVATE A SEZIONE SCATOLARE

Una forma di soluzione razionale e moderna ed ampiamente applicata all’Estero in numerose realizzazioni, è rappresentata dalla adozione di schemi a piastra ortrotropa (metallica o in calcestruzzo armato) per il piano di posa dell’armamento ferroviario. In tal modo la lamiera d’impalcato ha non soltanto il compito di riportare sulle sottostanti nervature ad essa solidarizzate i carichi agenti sull’impalcato stesso, ma costituisce, assieme alle suddette nervature, una vera e propria piastra strutturalmente ortrotropa che trasmette le azioni alle strutture principali portanti, di cui, peraltro essa è parte integrante assieme alle sue nervature longitudinali di irrigidimento. Infine, la lamiera irrigidita dell’impalcato, assieme a quella costituente la piattabanda inferiore, svolge un’efficacissima funzione controventante sotto l’azione di forze orizzontali, conferendo peraltro all’intero impalcato una notevole rigidità.

Le travate a cassone in lamiera irrigidita rappresentano dunque una soluzione moderna e innovativa. Tuttavia, se è vero che questa tipologia è stata adottata in molti ponti stradali, nel campo ferroviario italiano essa è abbastanza inconsueta. Mentre in Germania è stata ampiamente utilizzata, in quanto le esigenze della ricostruzione dopo la 2^ Guerra Mondiale  imponevano restrizioni ai tempi di esecuzione e ai costi, spingendo i progettisti alla ricerca delle soluzioni che maggiormente consentissero di risparmiare sia nei primi, sia nei secondi. Le ragioni del sempre crescente successo delle travate metalliche a cassone sono da ascriversi al fatto che le seguenti caratteristiche, proprie del sistema:

        adozione di lamiere sottili irrigidite;

        forma chiusa della sezione trasversale,

consentono di affidare ai singoli elementi strutturali non più nettamente scomponibili sotto l’aspetto costruttivo, più funzioni resistenti, col risultato di attivare un sistema che in ogni sua parte funzioni tridimensionalmente. Le sezioni scatolari necessitano di alcune precauzioni riguardo al trasporto e l’assemblaggio in situ dei vari conci che compongono la travata: in figura 14 sono rappresentati  i collegamenti che è necessario predisporre qualora le dimensioni del cassone superino i limiti di trasporto. E’ evidente che devono essere previsti elementi di controventatura della sezione metallica per le fasi transitorie relative al trasporto, montaggio e getto della soletta.

 

7        CARATTERISTICHE GENERALI DEI CAVI DI ACCIAIO

Come detto, il Ponte Akashi Kaikyo è costituito da una campata maestra  di 1990 m sospesa ad una nuova tipologia di cavi in acciaio. In sostanza questa struttura ha beneficiato dei progressi dei materiali, il più notevole dei quali è stato l’impiego di un cavo in acciaio ad alta resistenza mai adoperato in precedenza per un ponte sospeso. In virtù dell’accresciuta forza tensionale di questo cavo, è stato possibile l’impiego di due, anziché quattro, cavi maestri. I cavi impiegati nelle costruzioni pontieristiche possono essere raggruppati in due categorie:

   quelli costituiti da singoli elementi (fili o trefoli) avvolti a spirale (del tipo chiuso o aperto);

   quelli in cui le unità elementari sono parallele.

Per quanto riguarda le funi spiroidali chiuse, c’è da evidenziate che i fili esterni hanno una sezione speciale, generalmente a z, che fa sì che ciascuno di essi  per effetto dell’avvolgimento eserciti una pressione radiale su quello adiacente. Nelle funi spiroidali aperte, invece tutti i fili sono circolari.

Le funi spiroidali in generale:

          grazie alla loro buona flessibilità e capacità di sopportare pressioni trasversali localizzate sui fili possono essere “rinviate” su apposite selle poste sulle torri dei ponti strallati;

          hanno il vantaggio di poter essere avvolte in bobine di raggio relativamente contenuto. Ciò ne rende possibile la prefabbricazione in officina e quindi il trasporto in cantiere già nella configurazione finale;

          hanno lo svantaggio di avere un modulo di elasticità apparente relativamente basso, 140000÷170000 N/mm2, dovuto all’avvolgimento dei fili;

          vanno presollecitate in officina per permettere l’assestamento dei fili (va fatta una sorta di rodaggio della fune che, se molto lunga, richiede attrezzature costose e complesse).

Inoltre, la resistenza statica ed a fatica di una spiroidale è piuttosto bassa in quanto nei fili si hanno sollecitazioni parassite dovute all’avvolgimento ed alle forze trasversali trasmesse tra i fili adiacenti; infine i fili non sono egualmente sollecitati, per cui il coefficiente di sicurezza si assume piuttosto elevato ed in genere pari a 2,4.

Per quanto concerne i cavi ad elementi paralleli, questi sono generalmente formati da trefoli, ma si hanno anche cavi costituiti da fili o di barre di acciaio speciale. Tali cavi, molto simili a quelli utilizzati per il c.a.p. ma con portate maggiori, devono necessariamente essere confezionati in cantiere in quanto il parallelismo dei trefoli (o fili) non ne permette l’avvolgimento e quindi il trasporto. Essi, inoltre, non possono essere rinviati in testa alla torre del ponte strallato dove devono essere necessariamente ancorati. Per contro, hanno il modulo di elasticità coincidente con quello dei singoli elementi costituenti, cioè 195000÷205000 N/mm2, ed il coefficiente di sicurezza a rottura, per carichi statici, può essere assunto pari ad 1,75 mancando sollecitazioni trasversali parassite ed essendo tutti i fili egualmente sollecitati. (Fonte:PETRANGELI M.P. “Progettazione e costruzione di ponti”,1996)

 

8        PONTI SCOMPONIBILI E STRUTTURE FERROVIARIE METALLICHE PROVVISORIE

 

E’ nei difficili frangenti della totale emergenza, che anche il sistema ferroviario deve essere garantito nella sua piena funzionalità attraverso rapide attività di ripristino e ricostruzione.

Tale obiettivo potrà essere facilmente raggiunto anche utilizzando quei materiali all’emergenza, che di seguito saranno descritti.

 

8.1 Generalità

La tabella n.7 riporta le diverse tipologie dei ponti e delle strutture metalliche provvisorie.

Tabella n. 7

Tipologie dei ponti provvisori
Tipo Ingombro
Fasci di rotaie inferiori lunghezza  7 m
Fasci di rotaie superiori lunghezza  7 m
Travi laminate o saldate sciolte lunghezza  30 m (massima)
Travi laminate o saldate calastrellate (gemelle) lunghezza  25 m
Ponti scomponibili “SE” a semplice parete lunghezza  50 m
Ponti scomponibili “SE” a doppia parete lunghezza  70 m
Ponti scomponibili ”SKB” composti a maglia triangolare (1 piano) lunghezza  84 m
Ponti scomponibili ”SKB” composti a maglia triangolare (2 piano) lunghezza  120 m
Ponti marca “D” lunghezza  48,4 m
Ponti marca “S” lunghezza  15 m
Stilate marca “L” e “T” altezza  10 m
Stilate materiale Bailey altezza  3 m

 

  Nei paragrafi che seguono viene fornita una rapida illustrazione di tali tipologie.

 

 

8.2 Ponti provvisori con fasci di travi laminate

Per ponti provvisori con una luce maggiore di quella superabile con i fasci di rotaie (7 m), si ricorre all’impiego di travi laminate per sostenere il binario.

Queste possono essere: di tipo NP (scarsamente utilizzabili e reperibili), di tipo HE (alte 60 cm, di utile impiego quando è disponibile una limitata altezza sotto i binari) oppure DIN (alte fino a 60 cm e lunghe fino a 27 m).

Le travi laminate DIN, rispetto agli altri tipi di strutture metalliche, presentano, a parità di momento resistente, un’altezza notevolmente minore; tale caratteristica tecnica si dimostra di notevole utilità in quanto, molto spesso, lo spazio disponibile al di sotto delle traverse del binario per interporvi il ponte provvisorio risulta assai ridotto.

Le strutture costituite da travi laminate, trovano impiego sia come travi sciolte sia come travi gemelle.

   Travi sciolte: questo sistema viene realizzato disponendo sotto ciascuna rotaia una coppia (o una terna) di travi rigidamente collegate tra loro; successivamente ciascuna coppia (o terna) viene collegata, mediante un sistema di controventi, con quella posta sotto l’altra rotaia; sia il collegamento sia la controventatura sono realizzati con particolari piastrine di stringimento, senza forare le travi.

   Travi gemelle: tale sistema viene realizzato disponendo sotto ciascuna rotaia una coppia di travi laminate calastrellate tali da consentire, secondo lo schema classico, l’alloggiamento dei longheroni di legno e/o della piastra per l’attacco diretto della rotaia. Con la travata gemella si ha il vantaggio, rispetto alla soluzione che utilizza travi sciolte, di una migliore rigidezza trasversale.

 

8.3 Ponti metallici scomponibili “SE” e “SKB”

Questa tipologia di Ponti rientra nella grande “famiglia” delle Travate Reticolari.

Una trave reticolare può essere definita come un insieme di aste rettilinee, collegate tra loro in modo  da formare una struttura a maglie triangolari, capace di sopportare i carichi esterni principalmente con forze assiali nei suoi membri. L’impiego delle travi reticolari è limitato quasi esclusivamente al caso di ponti in acciaio. Attualmente alcuni tipi strutturali più moderni, quali i ponti strallati, tendono a sostituire le travi reticolari, specie in Europa, mentre sono ancora molto usate negli USA; peraltro il notevole risparmio di materiale che si ha con queste strutture potrebbe portare ad un loro rilancio anche in Italia, come già sta accadendo per le coperture degli edifici industriali. In contrapposizione all’economia di materiali, rispetto alle travi a parete piena, si ha in genere un maggior numero di giunzioni da effettuare ed una maggiore difficoltà di manutenzione; l’impatto visivo delle strutture reticolari può inoltre non piacere anche perché, essendo le aste di parete molto più leggere delle anime a parete piena, conviene avere travi relativamente alte. D’altro canto questa maggiore altezza porta ad una minore deformabilità, e ciò spiega il loro frequente uso nel caso di ponti ferroviari.

In un ponte a trave reticolare si distingue, in genere:

      l’impalcato a piastra ortotropa;

      le travi trasversali che sopportano l’impalcato e riportano i carichi ai nodi delle strutture principali;

      le travi reticolari propriamente dette che portano i carichi verticali e che costituiscono la struttura principale;

     le strutture di controventamento che resistono a tutte le azioni orizzontali e garantiscono la stabilità di forma del ponte.

 

Di seguito si indicano, rispettivamente, i principali elementi e la tecnica di montaggio del:

      Ponte “SE” (nella scheda n. 1, la sintesi dell’ultimo intervento – 2002- del genio ferrovieri nel montaggio di un  ponte SE) :

  • ·         elementi: travi principali, travi trasversali; impalcato e controventature;
  • ·         assemblaggio della struttura: viene realizzato con l’ausilio di autogrù, mentre il suo posizionamento viene fatto mediante il varamento di “punta” della travata a mezzo di rulliere alloggiate su di un apposito piano di varo, fino a raggiungere la sponda opposta dove un’avanstruttura “avambecco” trova appoggio su altre rulliere di accoglimento.

      Ponte ”SKB”:

  • ·         elementi: travi principali (formate da: montanti -sezione a doppio T- e diagonali -normali e rinforzati ); travi trasversali (di sezione a doppio “T” e di lunghezza 4.980 mm ed altezza 1.007 mm); longherine (di forma a cassone, presentano altezza 623 mm e lunghezza 5.970 mm);  elementi di impalcato per ponti stradali (costituiti da pannelli di acciaio di dimensioni 6×3 m);
  • ·         la tecnica di assemblaggio/varamento/posizionamento è analoga a quella del Ponte “SE”.

 

8.4 Marca “L” e “T”.

La Marca “L” e la Marca “T”, sono costituite da pezzi aventi struttura e funzioni analoghe, ma che si distinguono l’uno dall’altro per la diversità delle dimensioni.

Le stilate sono costituite essenzialmente da elementi verticali ed orizzontali, disposti a maglie rettangolari con controventatura nei diagonali.

Tali strutture vengono appoggiate su adatte sottostrutture costituite da una palificazione in legno

 oppure da una base a strati multipli di legni o blocchi in c.a..

Le stilate servono per il sostegno dei ponti provvisori e delle travi laminate (esempio: Ponti  SE e SKB, e Marca “D” nonchè “S”) e sono formate da. colonne, collegamenti, controventi e travi.

 

8.5 Travata tipo “D”

I ponti tipo 23 o travate marca “D” sono costituiti da travate principali e trasversali, longherine e controventi. A differenza dei pezzi composti dal materiale marca “S”, quelli del materiale marca “D” sono generalmente costituiti con chiodatura di pezzi laminati. Le travate sono sempre del tipo a passaggio inferiore e sono costituite dalle seguenti parti:

        travi principali, costituite da briglie superiori ed inferiori, diagonali e montanti:

1)      le briglie superiori si distinguono in:

§  briglie superiori di testata, comprendenti tre scomparti e mezzo e della lunghezza di 11,066 m;

§  briglie superiori di zona centrale, comprendenti tre scomparti e della lunghezza di 9,373 m;

2)      le briglie inferiori si distinguono in:

§  briglie inferiori di testata, comprendenti il tratto fra il primo secondo nodo inferiore e della lunghezza di 3,226 m;

§  briglie inferiori di zona intermedia, comprendenti tre scomparti e mezzo e della lunghezza di 11,467 m;

§  briglie inferiori di zona centrale, comprendenti tre scomparti e della lunghezza di 9,372 m;

3)      le diagonali si distinguono in diagonali di testata, estreme e di zona centrale;

4)      i montanti si distinguono in montanti estremi, intermedi e di zona centrale;

        travi trasversali: costituite da travi a doppio T costituite da un’anima e da due cantonali, senza tavolette. Sono collegate alle briglie inferiori ed ai montanti delle travi principali mediante due angolari ed un rinforzo triangolare. Su ciascuna faccia delle travi trasversali vi sono tre montanti di rinforzo e due mensoline di sostegno e due squadre di attacco per le longherine;

        longherine: costituite da un tratto di ferro laminato a doppio T; le due longherine di una stessa specchiatura sono collegate da un tratto di ferro a c laminato;

        controventi orizzontali: costituiti da tratti di cantonali che collegano i nodi inferiori delle travi principali con la mezzeria delle travi trasversali.

 

8.6 Travata tipo “S”

Le travate tipo 22 o marca “S” sono costituite essenzialmente dalle seguenti parti:

        travi maestre, che possono essere del tipo leggero o normale e sono impiegate nel numero di

 2 o 3 nelle travate a passaggio superiore e nel numero di 2 o 4 nelle travate a passaggio

 inferiore e sono composte da:

§  tronconi di briglia, superiori e inferiori, formati da una tavoletta orizzontale e da due anime distanziate fra loro in modo da potervi collocare i montanti;

§  montanti normali e diagonali;

§  montanti di testata che si impiegano alle estremità delle travate sugli appoggi, formati da tre montanti, collegati nel piano assiale verticale della trave, da due tratti di lamiera;

        controventi e collegamenti orizzontali costituiti da ferri ad L di varia lunghezza, a secondo del numero di travi maestre da impiegare nella travata, da collegare alle briglie mediante apposite squadrette d’attacco; nelle travate a passaggio superiore sono previsti anche controventi verticali, a croce di S. Andrea da collegare alle travi maestre mediante apposite squadrette d’attacco; sono costituiti da ferri ad L nelle travate a due travi e dall’unione di due piatti saldati in modo da formare un ferro di sezione variabile da L a T, nelle travate a tre travi maestre;

        travi trasversali: sono di due tipi e precisamente del tipo leggero(m 4,640 x 0,673×0,216) e del tipo normale (m 3,530×0,622×0,234); esse sono costituite da travi laminate che portano saldate alle estremità gli attacchi ai montanti delle travi maestre;

        longherine: sono collegate all’anima delle travi trasversali mediante apposite squadrette di attacco ( saldate sull’anima nel caso delle travi leggere); esse possono anche poggiare sopra piastre saldate sulle ali superiori delle travi trasversali di tipo normale;

        controventature verticali, per le sole travi a passaggio superiore.

I pezzi composti costituenti le singole parti sono ottenuti quasi esclusivamente con saldature di larghi piatti.

 

8.7 Ponti metallici militari “Bailey”

Dovuti all’opera di Sir Donald Coleman Bailey, ingegnere capo del Military Engineering Experimental Establishment di Christchurch (Dorset – UK), vennero elaborati nel corso di soli sette mesi durante la 2^ guerra mondiale per rispondere a pressanti esigenze in termini di manodopera necessaria, di trasporto, di flessibilità di linea e resistenza. Il “Bailey” viene impiegato:

   nella versione “ponte”, esclusivamente per il ripristino di interruzioni stradali;

   nella versione “stilata”, (qualora non fossero disponibili materiali più consoni) anche per il sostegno di travi laminate di limitata luce e ad una quota modesta dal terreno per il ripristino di interruzioni ferroviarie.

Questa tipologia di ponti è costituita con una serie di pannelli a tralicci d’acciaio tenuti insieme a ciascuno degli angoli da perni ad alta resistenza. Utilizzati per la prima volta durante la campagna nordafricana nel 1942, divennero presto il principale equipaggiamento pontieristico degli eserciti alleati. Per tutta la durata del conflitto e fino ai giorni nostri, il “Bailey” ha trovato numerosi impieghi (anche in campo civile) nelle più svariate configurazioni: galleggiante (con barconi), sospeso, con pile intermedie. 

 

Conclusioni

L’evoluzione tecnica e le soluzioni considerate nel presente articolo, evidenziano le potenzialità e, soprattutto, la flessibilità di impiego dei ponti metallici, sia nelle strutture “permanenti”, sia in quelle di emergenza. Tutto ciò ha contribuito a formare una solida cultura tecnico-professionale che vede le società e le imprese ferroviarie partecipi e custodi. Fra i molti esempi, è doveroso ricordare l’apporto tecnico fornito dalle società italiane alla realizzazione delle parti metalliche (impalcato, cavi, viadotto) del Great Belt Bridge (Danimarca), inaugurato il 14 giugno 1998.

 

 


NOTE BIBLIOGRAFICHE

Nelle brevi note che seguono sono richiamati per esteso i riferimenti bibliografici che più direttamente sono presenti nel testo. Poiché la letteratura tecnica sul tema dei ponti ferroviari è estremamente vasta, si è preferito richiamare essenzialmente voci di stretta attinenza al problema trattato.

  1. A. Conti Purger, G. Traini Censimento Ponti FS (1981), in “Attuali orientamenti nella progettazione e costruzione e costruzione di travate metalliche per i ponti FS”, in “Ingegneria Ferroviaria” Aprile 1984.
  2. G. Traini, M. Tisalvi “L’impiego delle giunzioni saldate nell’evoluzione delle diverse tipologie di travate metalliche ferroviarie”, in “Ingegneria Ferroviaria”, Gen- Feb 1987.
  3. F. De Miranda Ponti Ferroviari in esecuzione saldata sulla linea Catania – Siracusa”, , in “Acciaio”, 5/1961; F. DE MIRANDA E. PITTO,  “Il ponte stradale e ferroviario tra i due stabilimenti Italsider di Novi Ligure,  in “Costruzioni Metalliche”, n. 6/1963.
  4. F. De Miranda, M. Mele “Su alcuni fondamentali criteri di progettazione di travate da ponte a cassone in lamiera irrigidita”, in “Costruzioni Metalliche” 6/1972 e 1/1973.
  5. F. De Miranda “Sulla determinazione della sezione metallica di peso minimo di travi inflesse in acciaio con soletta in calcestruzzo collaborante”,  in “Costruzioni Metalliche”, 4/1967.
  6. “Alcune considerazioni sulla sospensione ad elementi inclinati del ponte ad arco a via inferiore e nei ponti sospesi”, in “Costruzioni Metalliche”, 6/1955.
  7. F. De Miranda ”Ponti Ferroviari a Strutture di Acciaio, Moderne Tipologie Strutturali “Società ILVA Gruppo IRI”, Genova Edizione 1989 (pagine considerate: 12, 53, 54 , 65, 69 e 74).
  8. G. Traini, Costruzione e manutenzione delle travate metalliche. Strutture per ponti provvisori n. 2/1986 di Ingegneria Ferroviaria.
  9. Soc. FS Istruzioni d’uso del materiale da ponte ferroviario Anglo – Americano (marca L e marca T)  Edizione 1947.
  10. Zaccaria, Gaddini, “Costruzioni metalliche” Edizione scuola Centrale FS 1970;
  11. M. Pietrangeli, M. Antonilli “Ponte Ferroviario Scomponibile “SE”” n. 1-2/1997 di “Ingegneria Ferroviaria”.
  12. M. Pietrangeli, “Ponte Ferroviario  “SKB”” n. 4/1996 di “Ingegneria Ferroviaria”.
  13. M. Pietrangeli, “Evoluzione dei Ponti Ferroviari  in dotazione al genio ferrovieri” n. 9/1994 di “Ingegneria Ferroviaria”.
  14. A. Nelli, “Il Ponte SE di Montestrutto sulla linea Chivasso Aosta”, “Informazione Difesa” n. 1/2003 e “Il Ferroviere News” Gennaio / Febbraio 2003.
  15. A. Di Bello “Le Nuove Frontiere del Genio Ferrovieri” “Rassegna dell’Esercito” n. 4 /2003 considerate pagine 60, 61 e 62.
  16. Mario Paolo Petrangeli, “Progettazione e Costruzione di Ponti” 4^ Edizione, 1996 Casa Editrice Ambrosiana (pagine considerate: 213, 214, 215, 373, 374 e 375).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

SCHEDA n. 1

IL RIPRISTINO DELLA CIRCOLAZIONE FERROVIARIA SULLA CHIVASSO _AOSTA

REALIZZAZIONE PONTE SE A MONTESTRUTTO

2002

Dal 12 novembre al 20 dicembre 2002 i ferrovieri del genio hanno ultimato il varamento di un ponte ferroviario tipo SE  sulla tratta ferroviaria Chivasso – Aosta. La necessità dell’attività del concorso in argomento originata dagli eventi alluvionali dell’autunno del 2000 che hanno duramente colpito le regioni del Nord – Ovest e che hanno distrutto alcune delle più importanti infrastrutture di quell’area come, appunto, il ponte ferroviario sul fiume Dora al Km. 42 + 820, presso la località di Montestrutto, nelle vicinanze di Ivrea. E’ così che la linea ferroviaria che collega Aosta con Chivasso – Torino, è stata interrotta, causando un grave e prolungato disagio per le centinaia di viaggiatori pendolari che quotidianamente usano il treno su tale linea.

L’intervento è stato attuato mediante:

        il montaggio a terra di due travate metalliche “SE” di m. 60 ciascuna;

        la traslazione delle travate mediante particolari carrelli realizzati dalla Soc. FS;

        il montaggio delle avambecco e il varamento nonché il posizionamento delle travate.

Di particolare rilievo è stata l’adozione di una particolare procedura per il montaggio delle travate che sono state avvicinate alla posizione di varamento mediante carrelli. In particolare:

  • ·         1^ travata da posizionare sulla spalla (lontana) e pila centrale. E’ stata costruita, a parte, la struttura di avambecco; successivamente tale struttura è stata sollevata, movimentata e collegata alla travata mediante l’ausilio di gru. Ne è seguito il varamento della travata e smontaggio dell’avambecco. In tale contesto, la travata ha raggiunto una posizione parallela a quella definita ma sul piano di campagna. Nel frattempo è stata ultimata la pila centrale. Quindi la prima travata è stata sollevata con le gru e appoggiata sulla spalla (lontana) e sulla pila centrale;
  • ·         2^ travata da posizionare sulla spalla vicina e la pila centrale. Il varamento della 2^ travata si è sempre presentato relativamente più semplice, in quanto tra la spalla vicina e la pila non c’era il fiume, e si è potuto disporre del piano di campagna. Una volta avvicinata la travata con i carrelli, la stessa è stata sollevata con le gru e appoggiata sulla spalla (vicina) e la pila centrale.

Posizionate le travate, l’infrastruttura è stata ultimata mediante la posa dei binari.

 


(*)Comandante del Reggimento Genio Ferrovieri

Castel Maggiore (BO)

 

(**) Socio C.I.F.I.

PONTI METALLICIultima modifica: 2016-06-23T14:44:33+02:00da m.pietrangeli03
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