By Il Ponte strallato
In questo articolo andremo a studiare la meccanica del ponte strallato.
Il ponte strallato è un tipo di ponte il cui schema strutturale permette di superare grandi distanze, (luci, in gergo tecnico). Il nome deriva dalla presenza degli stralli, ovvero i tiranti che permettono di sorreggere il piano viabile collegandolo direttamente al pilone.
La prima concezione di ponte strallato risale al 1784 con il carpentiere tedesco Loescher in Germania.
Grandi innovazioni arrivarono nel corso dell’800’-900’ in seguito a vari incidenti, il più famoso quello che coinvolse il ponte Tacoma Bridge nel 1940, il quale per effetto di grandi raffiche di vento iniziò ad oscillare pericolosamente fino ad arrivare al crollo. L’introduzione degli stralli permette di avere una struttura più rigida e consente una maggiore libertà nella disposizione degli elementi strutturali.
Tipologia degli stralli
Esistono tre configurazioni di strallo: Ventaglio, semi-ventaglio e arpa.
- La configurazione a ventaglio consiste nel collegare tutti gli stralli alla sommità del pilone o antenna però ha come svantaggio l’elevata sollecitazione nel punto di ancoraggio degli stralli.
- La configurazione ad arpa presenta lo svantaggio legato alla grande tensione negli stralli, ciò comporta una sezione dello strallo maggiore con il conseguente aumento di costo. Infatti comporta uno sforzo normale doppio agente sull’impalcato rispetto allo schema a ventaglio.
- La configurazione a semi ventaglio è quella ottimale perché intermedia tra quelle elencate e quindi più performante.
Solitamente la distanza tra due stralli consecutivi è di circa 6m-15 m se l’impalcato è in cemento armato altrimenti maggiore di 20m se la struttura è in acciaio.
Sistema di sospensione
Il sistema di sospensione, ovvero dove sono alloggiati gli stralli può essere centrale o laterale.
- Il sistema centrale: rende la struttura , molto stabile dal punto di vista dinamico e aerodinamico, basso livello di fatica (stress) a cui sono soggetti i cavi rendendo la struttura torso-rigida. Nel caso di impalcati troppo larghi non viene utilizzato perché la struttura sarebbe soggetta ad uno sforzo torcente troppo elevato.
- Il sistema laterale: migliora la stabilità della struttura e assorbe carichi eccentrici tramite gli stralli, per impalcati molto lunghi si migliora la stabilita aerodinamica
L’impalcato
Anche per l’impalcato esistono varie configurazioni in funzione della luce da coprire: in acciaio, calcestruzzo armato precompresso o misto. Lo spessore dell’impalcato varia fra 1/100 e 1/200 della luce maggiore purchè lo spessore minimo sia di un metro.
Calcolo sforzi impalcato
Schema a Ventaglio: [latex]Nmax(x=L)={qL^2 \over 2H}[/latex]
Schema ad Arpa: [latex]Nmax(x=L)={qL^2 \over H}[/latex]
E’ possibile notare come lo sforzo normale dovuto alla configurazione ad arpa sia il doppio di quello a ventaglio, nonostante ciò spesso viene sfruttato per motivi estetici.
I vantaggi della configurazione a ventaglio oltre allo sforzo normale ridotto sono:
- Peso dei cavi minore
- Inflessione longitudinale dei cavi moderata
- Maggiore stabilità della struttura
- Minore inflessione del pilone e dell’impalcato se gli stralli di ormeggio sono ancorati a terra
Lo schema a ventaglio presenta delle criticità nella fase di progettazione della sommità dei piloni, perché è un punto fortemente sollecitato a causa della convergenza degli stralli in quel punto.
Si preferisce dunque una configurazione a metà tra ad arpa e a ventaglio.
Le antenne
Sono gli elementi strutturali su cui poggia l’intera struttura. Ad essi sono ancorati gli stralli ed è proprio la loro configurazione a determinarne la forma.
Per il calcolo dell’altezza minima dell’antenna si utilizza la seguente formula: h=LxTan(25°)
Con L:lunghezza della campata e 25° l’inclinazione dell’ultimo strallo rispetto al piano viabile.
Nello schema ad arpa l’applicazione di carichi accidentali asimmetrici comporta una notevole sollecitazione flessionale del pilone ed è necessaria una sufficiente rigidezza per ridurre la flessione dell’impalcato.
Gli ancoraggi
L’ancoraggio permette di fissare gli stralli sia al piano viabile che all’antenna ed è un elemento assai delicato per gli sforzi a cui è soggetto. Per ancorare gli stralli al piano viabile solitamente si utilizzano dei dispositivi in acciaio appositamente modellati affinchè i cavi possano essere adagiati al loro interno e fissati alle piastre di ripartizione.
I sistemi di ancoraggio sulla sommità delle antenne sono numerosi e devono permettere sia il fissaggio dei cavi sia la loro manutenzione mantenendoli opportunamente distanziati.
Gli stralli
Lo strallo è costituito da una serie di cavi realizzati intrecciando fili di acciaio ad elevato carico di rottura.
Nel caso del ponte “Morandi” famoso purtroppo per il suo crollo, i cavi erano protetti da calcestruzzo armato precompresso.
Abbiamo quindi dato una descrizione dei principali elementi strutturali di un ponte strallato, riportando le formule principali senza scendere troppo nello specifico affinchè anche i neofiti del settore possono comprendere il contenuto.
Un’esempio pratico per eccellenza è il viadotto di Millau: Viadotto di Millau
Fonti
Cable stayed bridges, Thomas telford, London 1999
Cable stayed bridges, theory and design, Crosby Lockwood Staples, London 1977
I ponti di grande luce, De Miranda F. Roma 1980
