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Autori: Fabio Brancaleoni, Francesco Caiulo, Lorenzo Sartori, Marco Raccagni, Siro Dal Zotto 7 Aprile 2021
Fra i molti aspetti significativi nella realizzazione del nuovo ponte Genova San Giorgio (Figura 1) [1 e 2], va annoverata la progettazione delle fasi di montaggio e la verifica del rispetto delle previsioni di calcolo nelle condizioni in sito.
In questo articolo viene descritto come questo sia stato realizzato nelle diverse fasi, la relativa modellazione numerica e le modalità di interazione fra il cantiere e l’ingegneria, nel quadro generale di urgenza del completamento dell’opera (https://www.cspfea.net/midas-civil/).
Sviluppato in accordo alla concezione progettuale dell’Arch. Renzo Piano, il ponte attraversa la valle del Polcevera a una quota di circa 56 m sul piano campagna, per uno sviluppo di 1.067,17 m, in una zona fortemente antropizzata e con presenza di rilevanti sottoservizi.
Poggiato su snelle pile cave ellittiche, l’impalcato del ponte è a struttura mista acciaio-calcestruzzo con schema statico di trave continua sulla intera lunghezza, Figura 2. Pure continua è la rampa di innesto, anch’essa con impalcato a sezione mista.
La luce corrente dell’asse principale è di 50 m, con tre luci di 100 m ciascuna per lo scavalco del torrente Polcevera e del fascio ferroviario, più le due campate di riva di 40,9 m e 26,27 m, per un totale di 19 campate. La sezione di impalcato comprende un nucleo a cassone con intradosso curvilineo e due anime verticali flangiate.
La soletta collaborante è gettata su predalles collaboranti in calcestruzzo armato per le campate da 50 m e su predalles in acciaio pure collaboranti per quelle da 100 m, Figura 3. L’interasse fra le anime è di circa 7 m, per una larghezza complessiva del nucleo a cassone di circa 10 m.
Le porzioni laterali di impalcato sono costituite da strutture secondarie portate a sbalzo con intradosso curvilineo, a seguire il contorno dei carter, sempre in acciaio, che definiscono la forma dell’impalcato. L’altezza del nucleo è di poco meno di 5 m.
Il sistema di vincolo prevede il controllo passivo della risposta sismica tramite pendoli ad attrito (friction pendulum), presenti sulla maggior parte dei punti di appoggio. Il montaggio dell’impalcato è stato effettuato su appoggi temporanei in neoprene e teflon, con opportuni punti fissi, a un livello di circa 200 mm superiore a quello definitivo (Figura 4).
L’urgenza della realizzazione ha condizionato attività di ingegneria, forniture e cantiere, con la necessità di condurre attività in parallelo e la conseguente complessità organizzativa nell’ottenerne l’efficace completamento nei tempi.
In particolare, si è proceduto direttamente allo sviluppo del progetto esecutivo, che è stato comunque suddiviso in tre livelli:
Le attività di ingegneria connesse con le fasi costruttive sono proseguite durante la realizzazione, sia per sviluppare eventuali adattamenti resisi necessari rispetto al progetto, sia per la verifica dell’ottenimento delle prestazioni previste.
Il progetto esecutivo è stato sviluppato in fasi temporali nelle quali il Contraente non poteva ancora avere compiuta conoscenza della disponibilità degli spazi e delle attrezzature sia disponibili che più opportune per la messa in opera degli impalcati.
La rilevanza degli effetti strutturali delle sequenze di montaggio richiedeva comunque uno studio approfondito che è stato svolto, a fini di analisi dello stato di sollecitazione, in una serie di assunzioni semplificate, i cui aspetti più significativi possono essere così sintetizzati:
Più complessa e dipendente da fattori molteplici si è rivelata essere la sequenza di montaggio effettivamente adottata, fra questi:
Per quel che riguarda la sequenza di varo sono state previste due zone di inizio: la prima (Ovest) collocata fra le pile 5 e 6, la seconda (Est) fra le pile 14 e 15, per poi proseguire su quattro fronti di avanzamento sino al completamento, avvenuto con il varo della campata fra le pile 2 e 3.
Il successivo getto della soletta è poi avvenuto in circa un mese (precisamente 26 giorni), avanzando a partire dalle due spalle di levante e ponente verso il centro del ponte; per ultima è stata gettata la soletta della rampa di innesto.
Lo schema di montaggio nel progetto costruttivo è quindi stato diverso e più articolato rispetto alle previsioni di progetto esecutivo, cosa che in assenza di provvedimenti avrebbe portato ad uno stato di sollecitazione diverso da quello previsto.
Per motivi sia di sostanza, connessi con il rimanere all’interno della capacità portante dell’opera, sia più formali, in relazione alla necessità di avere la massima rapidità del processo di validazione e approvazione per messa in opera della Direzione Lavori, si è deciso di imprimere all’impalcato durante il varo una serie di coazioni, sempre consistenti in spostamenti verticali impressi con martinetti, che consentisse di raggiungere a fine montaggio del nucleo in acciaio uno stato di sollecitazione il più possibile vicino a quello previsto in sede di esecutivo, ottenendolo con successo (Figure 8 e 9).
Per il progetto costruttivo è stato redatto un modello ad elementi finiti [3] con elementi di trave 3D sia per il nucleo in acciaio dell’impalcato che per le pile e un sistema di elementi elastici e collegamenti cinematici a rappresentare il sistema di vincolo (Figure 10 e 11).
I vincoli provvisori sono stati rappresentati con elementi elastici di opportuna rigidezza. I pendoli ad attrito sono stati invece rappresentati con un modello costitutivo specifico che implementa le loro proprietà non lineari (Figura 12).
Pure con sistemi di collegamenti cinematici sono stati rappresentati i vincoli temporanei e i sistemi utilizzati per il sostegno degli elementi durante le operazioni di saldatura in quota (Figura 13).
Per la modellazione della soletta collaborante e dei relativi effetti lenti è stata adottata una modellazione esplicita con elementi trave 3D distinti per predalles, soletta e armature, preferendola ad una gestione tramite il section designer del software utilizzato, con l’obiettivo di ottenere una più accurata simulazione dell’effetto delle armature nel contrasto al ritiro, assieme a un più agevole riesame dei singoli effetti a fini di verifica, ad esempio a fessurazione.
Le analisi sono poi state condotte per integrazione al passo nel dominio del tempo, con opportune caratteristiche reologiche per il calcestruzzo. La Figura 14 riporta, a titolo esemplificativo, il contributo al momento flettente fornito dal solo ritiro della soletta a tempo infinito.
La modellazione delle fasi costruttive del nucleo in acciaio ha seguito in modo dettagliato le previsioni di cantierizzazione, tenendo conto di tutte le differenze di peso e di configurazione precedentemente descritte. Nella esecuzione sono poi stati sviluppati due ordini di attività:
Il secondo aspetto è di palese rilevanza ed è stato affrontato, oltre che con monitoraggio di spostamenti e tensioni, con una procedura specificamente studiata per questo caso.
Il primo passo è stato la presa del carico del ponte con sistemi di martinetti idraulici, per poi procedere al suo progressivo abbassamento sugli appoggi definitivi. Una volta raggiunto il livello previsto, sono state misurate tramite gli stessi martinetti le reazioni scaricate dall’impalcato, che sono state confrontate con tolleranze appositamente predisposte in termini sia di spostamenti che di reazioni, che consentissero un immediato riscontro della correttezza della messa in opera.
L’esito positivo di tale controllo sulle reazioni ha consentito un rapido proseguimento delle operazioni: noti con accuratezza i pesi e le forze agenti lo stato di sollecitazione è infatti determinato in modo univoco.
Il processo si è rivelato pienamente efficace e il suo successo ha dato un contributo al rispetto dei tempi per l’avvio della messa in opera della soletta, che è poi avvenuto anch’esso nei tempi previsti, con il successivo collaudo e completamento per la messa in esercizio del 3 Agosto 2020.
Gli Autori ringraziano Fincantieri Infrastructure SpA per il consenso alla divulgazione. Un vivo ringraziamento va anche ai molti colleghi che hanno partecipato alle attività esposte in questo articolo e che non compaiono fra gli Autori.
[1]. Autori vari – “Speciale Ponte San Giorgio, Genova”, Costruzioni Metalliche, n° 4 Luglio/Agosto 2020.
[2]. Pergenova SCpA, www.pergenova.it.
[3]. MIDAS Civil 2020 by MIDAS information Technology Co., Ltd.
Il presente articolo è tratto dal fascicolo n° 146 Marzo/Aprile 2021
Aziende CSPFea Engineering Solutions, E.D.IN. Srl, Fincantieri Infrastructure SpA
Ponti e viadotti Ponte Genova San Giorgio
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