TIPOLOGIE STRUTTURALI DEI PONTI PEDONALI
Passerelle a travata semplice/continua
2.
Passerelle a travata reticolare o Vierendeel
3.
Passerelle ad arco semplice
4.
Passerelle ad arco a spinta eliminata
5.
Passerelle strallate
6.
Passerelle sospese
Difficoltà crescente
1.
La scelta è generalmente dettata da esigenze:
“Architettoniche”
“Di impatto ambientale”
“Di costo”
1
PASSERELLE A TRAVATA SEMPLICE
Sez. Trasversale
Caratteristiche strutturali:
1.
Struttura principale longitudinale composta da due o più travi a parete piena affiancate o da
sezioni composte ottenute mediante saldatura di lamiere o in fine da sezioni a cassone.
2.
Struttura trasversale irrigidente nei confronti dell’instabilità fuori piano e delle azioni orizzontali (vento
e sisma) generalmente ottenuta mediante profili angolari disposti a croce di Sant’Andrea.
3.
Soletta di calpestio in c.a. (collaborante o meno con la struttura principale).
4.
La collaborazione tra soletta e travi principali è resa possibile mediante connettori tipo Nelson
Vantaggi:
Svantaggi:
1.
Semplicità di calcolo
1.
Rilevante ingombro strutturale d’impalcato
2.
Facilità di assemblaggio
2.
Luce libera pari alla distanza tra i vincoli, mentre per
le passerelle strallate e sospese è generalmente pari
all’interasse tra i cavi di sospensione
3.
Modesta resa architettonica
2
PASSERELLE A TRAVATA CONTINUA
Caratteristiche strutturali:
1.
Valgono le stesse indicazioni evidenziate per le passerelle a travata semplice.
2.
La scelta dello schema continuo è giustificato per ponti pedonali la cui luce sia incompatibile con lo
schema statico di semplice appoggio, sia per motivi di resistenza che di deformabilità.
3.
L’iperstaticità dello schema a trave continua impone verifiche più accurate rispetto allo schema di
semplice appoggio, infatti è necessario tenere in conto durante la fase progettuale degli effetti
istantanei o differiti dovuti all’eventuale collasso delle pile intermedie, ai cedimenti fondazionali, ai
carichi termici e a tutti quei processi che inducono nella struttura una “ridistribuzione delle
caratteristiche di sollecitazione”.
4.
Lo schema a trave continua impone inoltre la “disposizione dei carichi variabili a scacchiera” in
modo da massimizzare i momenti in campata (caricando una campata si e una no) o sugli appoggi
(caricando due campate adiacenti).
3
PASSERELLE A TRAVATA CONTINUA - ESEMPI
4
PASSERELLE A TRAVATA RETICOLARE
Caratteristiche strutturali:
1.
Travatura reticolare classica: correnti, montanti e diagonali idealmente connessi tramite cerniere
2.
Travatura reticolare Vierendeel: correnti e montanti connessi rigidamente (i diagonali non sono
necessari)
3.
Entrambi gli schemi sono generalmente utilizzati per sovrappassi coperti e più raramente per
passerelle pedonali a cielo aperto. Le briglie inferiori risultano controventate fuori piano facendo
ricorso o ad una struttura reticolare di piano o ad una soletta in calcestruzzo resa collaborante con
l’impalcato per mezzo di connettori. Le briglie superiori sono generalmente collegate tra loro nel
caso di sovrappassi coperti garantendo quindi una grande rigidezza nel piano e fuori piano offerta
dalla forma a “tubo” , mentre risultano scollegate nel caso di passerelle a cielo aperto. In questo
caso è necessario tenere in conto nel calcolo del fenomeno dell’instabilità per carico di punta e per
flesso torsione.
4.
La lunghezza libera di inflessione delle briglie superiori (scollegate) nel proprio piano di giacitura è
pari alla distanza fisica tra i nodi, mentre fuori piano è pari alla lunghezza complessiva della
travatura.
5
PASSERELLE A TRAVATA RETICOLARE - ESEMPI
6
PASSERELLE A TRAVATA RETICOLARE - ESEMPI
7
PASSERELLE A TRAVATA RETICOLARE - ESEMPI
1.
Nonostante la forma ricordi il
sistema ad Arco a spinta
eliminata, la funzione statica
dei montanti e dei diagonali
alternativamente tesi e
compressi fa si che il suddetto
ponte si comporti a tutti gli
effetti come una travatura
reticolare a nodi incernierati.
2.
Le briglie inferiori risultano tese
e stabilizzate fuori piano
mediante un sistema di tubolari
convergente nei nodi a cui è
demandato il compito di
sostenere l’impalcato.
3.
Le briglie superiori compresse
sono stabilizzate fuori piano da
un sistema di tubolari saldati
che limitano la lunghezza
libera d’inflessione all’interasse
nodale.
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PASSERELLE AD ARCO SEMPLICE
Caratteristiche strutturali:
1.
Generalmente lo schema più utilizzato è quello di arco inferiore spingente a due cerniere o
incastrato e via superiore rettilinea per il transito dei pedoni e dei cicli.
2.
L’arco può essere realizzato in vari modi: tubolari semplici, tubolari accoppiati e controventati, arco
reticolare, oppure a sezione a cassone.
3.
L’impalcato è sostenuto mediante puntoni che scaricano direttamente le azioni di progetto dei
carichi permanenti e dei carichi variabili sull’arco sottostante.
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PASSERELLE AD ARCO SEMPLICE - ESEMPI
1.
Impalcato rettilineo sorretto
da mensole vincolate ad un
sistema di tubolari centrali.
2.
Sistema portante costituito da
due archi a sesto ribassato
incernierati alla base.
3.
La trasmissione dei carichi
dall’impalcato agli archi
portanti è demandata ad un
sistema di puntoni inclinati
realizzati con profili doppio T
ad altezza e lunghezza
variabile.
4.
Complessivamente il sistema si
comporta come una struttura
reticolare spaziale.
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PASSERELLE AD ARCO A SPINTA ELIMINATA
Predimensionamento
1.
Momento in campata:
M=QL2/8
2.
Reazione di appoggio:
R=QL/2
3.
Altezza dell’arco in chiave:
z
4.
Trazione nell’impalcato:
T=M/z
5.
Compressione in chiave:
C=M/z
6.
Compressione alle reni:
C=(R2+T2)0.5
Caratteristiche strutturali:
1.
Struttura portante curvilinea alla quale è sospeso l’impalcato rettilineo sottostante. Questo assume la
funzione di “catena” dell’arco contrastando ed “eliminando” la spinta orizzontale altrimenti agente
sul sistema di vincolo alle fondazioni.
2.
L’impalcato ha la funzione di assorbire la quasi totalità delle azioni flessionali indotte dai carichi di
progetto; ne segue che i suoi elementi costituenti (generalmente travi a doppio T o tubolari con
soletta in c.a. più o meno collaborante) risultino tenso inflessi. Mentre gli archi superiori
semplicemente compressi o al più presso inflessi con sollecitazione flessionale di scarsa entità sono
generalmente realizzati con tubolari di modesta sezione trasversale.
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PASSERELLE AD ARCO A SPINTA ELIMINATA - ESEMPI
1.
Arco portante parabolico
realizzato con lamiere
saldate a formare una
sezione traversale
romboidale irrobustita alle
reni dove le forze di
compressione sono maggiori.
2.
Impalcato curvilineo
tensoinflesso sostenuto da
pendini realizzati con trefoli in
acciaio armonico ad alta
resistenza.
3.
La curvatura dell’impalcato
garantisce una rigidezza fuori
piano nei confronti
dell’instabilità
flessotorsionale.
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PASSERELLE AD ARCO A SPINTA ELIMINATA - ESEMPI
1.
Sistema complesso auto
equilibrato.
2.
L’arco portante iperbolico
realizzato con profilo
tubolare incernierato agli
estremi.
3.
Impalcato sostenuto da
mensole saldate ad un
profilo tubolare rettilineo.
4.
Arco laterale stabilizzante
nei confronti dell’instabilità
flessotorsionale.
5.
Pendini di sospensione
realizzati in acciaio
armonico e disposti
raggiera
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PASSERELLE AD ARCO A SPINTA ELIMINATA - ESEMPI
14
PASSERELLE AD ARCO A SPINTA ELIMINATA - ESEMPI
1.
Ponte pedonale e
carrabile.
2.
Il traffico pedonale e
ciclabile è ubicato nella
parte centrale del ponte
sorretta da una trave
scatolare torsiorigida
costituita da elementi
prefabbricati e post-tesi.
3.
L’arco portante
realizzato con struttura
reticolare spaziale
autocontroventante è
vincolato ai piloni
mediante un doppio
portale in calcestruzzo
che ha altresì la funzione
di stabilizzare l’arco fuori
piano.
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PASSERELLE STRALLATE
1.
Lo schema statico è costituito da un impalcato generalmente rettilineo sospeso mediante un sistema di
cavi ad alta resistenza ai piloni portanti.
2.
Si distinguono i ponti strallati con schema a “ventaglio” e quelli con schema ad “arpa”: nei primi i cavi
partono tutti dalla sommità dei piloni irradiandosi verso il sottostante impalcato, nei secondi i cavi
partono dai piloni a varie quote e raggiungono l’impalcato mantenendosi paralleli tra loro.
3.
Per le passerelle pedonali è normalmente sufficiente un solo pilone disposto in modo tale da
individuare due campate di luce differente. Le forme più comuni per il pilone sono ad “A” ad “H” ad
“I” e può contenere l’impalcato oppure essere disposto in adiacenza ad esso. Generalmente il pilone è
considerato incastrato nel terreno se disposto verticalmente o incernierato se disposto con asse
inclinato (in questo caso sono necessarie funi di ormeggio).
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PASSERELLE STRALLATE
Comportamento statico per pesi propri e sovraccarichi permanenti
1.
Al fine del dimensionamento degli elementi strutturali in relazione alle azioni generate dal peso proprio e
dai sovraccarichi permanenti è possibile schematizzare la struttura come una trave continua su un
numero di appoggi pari al numero dei tiranti di sospensione. Questa semplificazione è consentita in
quanto in fase di montaggio è possibile presollecitare i cavi in modo da far corrispondere i valori dei
momenti flettenti, e dei tagli a quelli relativi alla travata continua su appoggi rigidi.
Comportamento statico per i sovraccarichi accidentali
1.
Per i sovraccarichi variabili non è possibile attuare un predimensionamento a trave continua in quanto
l’ubicazione degli stessi lungo l’asse della passerella fa variare considerevolmente le deformazioni dei
tiranti e di conseguenza le loro reazioni. Pertanto i vincoli offerti dai tiranti non possono più essere
considerati perfetti. Ciò implica un’analisi estremamente accurata della posizione dei carichi al fine di
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massimizzare le azioni su tutti gli elementi costituenti il ponte.
PASSERELLE STRALLATE
Presollecitazione da assegnare al tirante in modo da ripristinare la reazione della trave
continua equivalente
1.
Equazione di legame:
N = A fy = EA
2.
Deformazione imposta:
 = N/EA
3.
“N” è la forza assiale nel tirante pari alla reazione vincolare “R” da ripristinare, proiettata secondo
l’angolo  di inclinazione del tirante.
4.
Risulta pertanto:
 = R/(sen EA)
5.
Accorciamento elastico:
L = (R L)/(sen EA)
Caratteristiche dei tiranti
1.
E = modulo di elasticità 210000 [MPa]
2.
A = sezione del tirante D2/4
3.
 = deformazione assiale
4.
L = lunghezza del tirante
5.
EA/L = rigidezza assiale
6.
fy = Valore di snervamento 950 [MPa]
7.
fu = Valore di rottura 1050 [MPa]
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PASSERELLE STRALLATE - ESEMPI
1.
Sistema strallato innovativo.
2.
I cavi di ormeggio retrostanti il
pilone sono sostituiti dal peso e
dall’inclinazione del pilone
stesso opponendosi al
momento ribaltante che
tenderebbe a far ruotare il
pilone verso l’impalcato.
3.
Il pilone è formato da elementi
in acciaio saldati e da un
nucleo centrale in calcestruzzo
armato.
4.
L’impalcato è sorretto da un
sistema di cavi ad “arpa” e
realizzato mediante trave
scatolare esagonale
torsiorigida alla quale sono
solidarizzate mensole esterne
per il sostegno del traffico
veicolare.
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PASSERELLE STRALLATE - ESEMPI
1.
Sistema strallato con pilone
laterale.
2.
La campata di luce
maggiore è sostenuta da
un sistema di cavi disposti
a “arpa”.
3.
La campata di luce minore
è sostenuta da un sistema
di cavi disposti in moda da
disegnare un’iperbole.
4.
La struttura necessita di
calcoli non lineari
estremamente raffinati per
tenere in conto degli effetti
del secondo ordine.
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PASSERELLE STRALLATE - ESEMPI
1.
Sistema strallato con pilone
ad “A”: tale accorgimento
consente il passaggio
dell’impalcato all’interno
del pilone assicurando
quindi un ulteriore
appoggio della travata.
2.
I cavi sono disposti ad
“arpa” e sono solidarizzati
con l’impalcato per mezzo
di boccole a cerniera
cilindrica.
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PASSERELLE STRALLATE - ESEMPI
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PASSERELLE STRALLATE - ESEMPI
1.
Ponte strallato con sistema
a “Bigo”.
2.
L’intero impalcato è
sostenuto da un sistema di
cavi disposti a
“ventaglio”ancorati sulla
sommità di un bigo
pendolare stabilizzato da
un complesso sistema di
cavi di ormeggio.
3.
Si noti che il bigo è
disposto ad una quota
maggiore rispetto
all’impalcato del ponte.
4.
Soluzione di forte impatto
ma molto complessa.
23
PASSERELLE STRALLATE - ESEMPI
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PASSERELLE STRALLATE - ESEMPI
25
PASSERELLE SOSPESE
1.
Nonostante i pregevoli effetti estetici, la tipologia di passerella sospesa è in disuso per la sua onerosità in
termini di componenti costruttive e complessità di montaggio. Nei ponti di grande luce invece, risulta
ancora il sistema migliore.
2.
Lo schema statico più diffuso è quello a tre campate caratterizzato da una luce centrale più ampia e
da due luci laterali più piccole.
3.
Gli elementi costruttivi fondamentali di tale struttura sono: “i piloni”; “le funi portanti”, “il sistema di
sospensione”, “la travata di impalcato”, “i blocchi di ancoraggio”.
4.
Le funi portanti hanno andamento “parabolico” come tutte le funi soggette a carichi ad esse sospesi.
Mentre è ben noto che la configurazione propria delle funi soggette unicamente al peso proprio sia
quella a “catenaria”.
5.
L’impalcato è generalmente controventato nel piano per resistere alle azioni del vento o del sisma.
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PASSERELLE SOSPESE - ESEMPI
1.
Sistema di sospensione
innovativo: i cavi corrono
quasi parallelamente
all’impalcato rimanendo al
di sopra di esso grazie a due
piloni a V che consentono la
diramazione delle funi.
2.
L’impalcato è appeso alle
funi per mezzo di mensole da
esso aggettanti.
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PASSERELLE SOSPESE - ESEMPI
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CENNI DI DINAMICA DELLE PASSERELLE
1.
Il problema principale di molte passerelle è rappresentato dalla eccessiva snellezza che induce
sensazioni di disagio nei pedoni.
2.
Il moto dinamico dei pedoni induce delle oscillazioni nelle passerelle che risultano fastidiose per i pedoni
stessi.
3.
In generale la risposta dinamica di una passerella è funzione della “FREQUENZA PROPRIA DI
VIBRAZIONE” e della “FREQUENZA DI PERCORRENZA DEI PEDONI”.
4.
La frequenza media relativa al traffico pedonale è circa pari a 2 Hertz.
5.
Il massimo contenuto in frequenza per l’accelerazione si manifesta sempre in coincidenza del primo
modo proprio di vibrare della passerella, pertanto gli altri modi sono trascurabili.
6.
Considerando un passo con frequenza fissata, l’ampiezza della vibrazione e quindi dell’inflessione della
passerella aumenta quanto più la prima frequenza propria (associata al primo modo di vibrare) si
avvicina alla frequenza dei passi.
7.
Quando la frequenza propria è esattamente pari alla frequenza dei passi si ha l’effetto della
“RISONANZA”.
8.
Poiché la frequenza propria è dipendente unicamente dalle masse e dalle rigidezze della passerella,
qualora si verifichi un forte avvicinamento alla frequenza dei passi del pedone (2Hz) o del corridore (3Hz)
sarà necessario riprogettare l’intera struttura oppure utilizzare degli smorzatori di oscillazioni.
9.
Nella slide seguente è illustrato un grafico che in funzione del rapporto /0 tra la frequenza propria
della passerella e la frequenza dei passi, mostra l’incremento percentuale dell’inflessione della
passerella. Se il rapporto /0 = 1.00 si ha la RISONANZA.
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CENNI DI DINAMICA DELLE PASSERELLE
RISONANZA
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