PONTE CHIARAVAGNA AL KM 8+078 - SESTRI PONENTE
Testo e immagini gentilmente forniti da 4EMME Service Spa
Il manufatto, localizzato nel quartiere di Sestri Ponente a Genova, è costituito da dieci campate di luce pari a 18.5 m ed attraversa l'alveo del torrente Chiaravagna.
Le pile presentano un rivestimento esterno in blocchi di arenaria ben squadrati, si rastremano verso l'alto e raggiungono un'altezza massima di 40 m; le dimensioni medie in pianta alla base sono di circa 5 x 8 m; le pile 3 e 7 sono irrobustite da costoloni di spessore 80 cm (pile‑spalla).
Gli archi sono a tutto sesto in muratura di mattoni, di spessore pari a circa lOO cm, e su questi s'impostano muri di timpano con rivestimento esterno in blocchi di arenaria.
Il modello ad elementi finiti è costituito da 13404 nodi e 9065 elementi solidi, utilizzati nella modellazione dei diversi elementi del manufatto; inoltre sono presenti 672 elementi molla per simulare la cedevolezza del terreno di fondazione e la deformabilità delle spalle. La rigidezza attribuita a queste molle è corrispondente a coefficienti di reazione di Winkler pari a 300 MN/m3 e 160 MN/m3 rispettivamente.
Carichi verticali (Treno di carico LM 71)
Per i carichi verticali si è considerato il treno di carico LM 71, che schematizza gli effetti statici prodotti dal traffico ferroviario normale. Esso è costituito da un locomotore di peso 1000 kN, distribuito su 6.4 m (pari a 156.25 kN/m), e da vagoni su entrambi i lati del peso equivalente di 80 kN/m, corrispondente al treno di carico denominato D4. Tale convoglio deve essere applicato nelle posizioni più sfavorevoli ai fini della determinazione delle tensioni, eventualmente considerando parzialmente il carico sui vagoni.
A seguito di numerose prove di carico sono state individuate come condizioni più sfavorevoli le seguenti:
a) locomotore al centro dell'arcata caratterizzata dalle pile più alte, in assenza di carico dovuto ai vagoni (condizione di carico 2)
b) locomotore in sommità alla pila più alta, con carico distribuito di 80 kN/m da entrambe le parti (condizione di carico 3).
Entrambe queste condizioni sono state applicate al modello ad elementi finiti attraverso pressioni equivalenti sulle facce degli elementi centrali all'estradosso del ponte; i carichi sono stati attribuiti in modo tale da risultare eccentrici rispetto all'asse del ponte, secondo quanto richiede la normativa, ovvero considerando un rapporto tra le forze sui due binari pari a 1.25, cui corrisponde un'eccentricità di circa 8 cm.
Azioni orizzontali: forza centrifuga
Nei ponti ferroviari al di sopra dei quali il binario presenta un tracciato in curva deve essere considerata una forza centrifuga verso l'esterno agente su tutta l'estensione, in direzione orizzontale ed applicata alla quota di 1.8 m al di sopra del piano del ferro.
Per valutare l'entità di tale forza si è fatto riferimento ad una velocità V=100 km/h. Il valore caratteristico della forza centrifuga distribuita qtk (kN/m) è dato da:
dove qvk=80 kN/m è il carico verticale distribuito rappresentativo del treno D4 e R è il raggio di curvatura del tracciato.
Considerate le caratteristiche del modello ad elementi finiti tale forza viene applicata attraverso forze nodali equivalenti all'estradosso del ponte nell'allineamento di nodi del binario esterno; la forza centrifuga agente sul baricentro del convoglio è ridotta all’estradosso dell’arco mediante una forza orizzontale ed una coppia di forze dirette verticalmente agenti sui nodi appartenenti agli allineamenti distanti tra loro quanto lo scartamento. A questo proposito si è considerata un’altezza del baricentro pari a 2 m anziché 1.8 m in quanto il piano del ferro è generalmente rialzato rispetto all'estradosso del ponte.
Azioni orizzontali: serpeggio
L'azione laterale indotta dal serpeggio è una forza orizzontale concentrata, perpendicolare all'asse del binario e di entità pari a Qsk=100 kN. Tale forza viene applicata in un nodo all'estradosso, in asse alla pila più alta.
Azioni orizzontali: avviamento e frenatura
Le forze orizzontali di frenatura e avviamento agiscono sulla sommità del binario, nella direzione longitudinale, con i seguenti valori caratteristici per il modello di carico LM 71:
- avviamento: Qla,k = 33 L £ 1000 kN
- frenatura: Qlb,k = 20 L £ 6000 kN
dove L è la lunghezza del ponte.
Tale forza deve essere ripartita uniformemente su tutta la lunghezza del ponte; essa è stata inserita tramite forze concentrate nei nodi posizionati in corrispondenza dei binari. Considerato che tutti i ponti hanno lunghezza superiore a 30 m l'azione più gravosa è sempre quella della frenatura.
Azioni climatiche: vento
L'azione del vento verrà assunta
convenzionalmente come una pressione statica con valore caratteristico Wk=2.5
kN/m2.
Tale pressione agirà sulla superficie esposta della struttura
e, in caso di presenza di treno, viene considerata una fascia sopra al ponte di
altezza pari a 4 m.
Condizioni di carico legate alle azioni indotte dai convogli e dal vento.
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Carico |
Azione |
Descrizione |
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2 |
LM 71 (locomotore) |
1000 kN a centro arcata (eccentrica) |
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3 |
LM 71 (treno completo) |
1000 kN in asse alla pila alta e 80 kN/m uniformemente distribuiti (eccentrica) |
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4* |
Centrifuga |
14 kN/m radiali (applicati a 2 m di altezza) |
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5 |
Serpeggio |
1000 kN ortogonali al binario |
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6 |
Frenatura |
forza longitudinale distribuita: 20´L (kN) |
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7 |
Vento |
pressione sul fronte esposto: 2.5 kN/m2 |
* tale condizione verrà utilizzata per simulare l'effetto del vento sul convoglio, essendo il baricentro della fascia caricata proprio a 2 m di altezza.