Caso studio

Sostituzione degli appoggi al viadotto di Weyermannshaus

Bern | Switzerland | Emch+Berger AG Bern

Concrete

Detail 2D

SIA (Switzerland)

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Tradotto dall'intelligenza artificiale dall'inglese

I progetti infrastrutturali in ambienti urbani densamente popolati richiedono spesso strutture in calcestruzzo armato altamente ottimizzate, in cui il trasferimento dei carichi, i dettagli costruttivi e la fattibilità esecutiva devono essere attentamente bilanciati. Ciò è particolarmente vero per le strutture che combinano esigenze architettoniche con severi requisiti di sicurezza e durabilità, come gli elementi in calcestruzzo legati ai trasporti, esposti a carichi elevati e a condizioni di esercizio a lungo termine. A Berna, in Svizzera, EMCH+BERGER AG è stata coinvolta nella progettazione strutturale di una struttura in calcestruzzo in cui la valutazione accurata del trasferimento delle forze e dei dettagli dell'armatura era fondamentale. Il progetto richiedeva un approccio affidabile per verificare le regioni D complesse del calcestruzzo che non potevano essere valutate in modo sufficiente mediante calcoli manuali standard o metodi analitici semplificati.

Informazioni sul progetto

Il progetto ha riguardato la progettazione e la verifica di un dettaglio strutturale in calcestruzzo armato facente parte di un sistema infrastrutturale più ampio.

Il viadotto (costruito tra il 1974 e il 1977) è composto da travi a cassone precompresse (luci comprese tra 26,5 e 38 metri) con massicce traverse precompresse che si estendono sulle pile. Queste pile verranno sostituite per sezioni durante la costruzione. A tal fine, il viadotto viene sollevato mediante un sistema di puntellamento temporaneo (massicce travi in acciaio saldate su torri di ponteggio) e martinetti idraulici. Le pile esistenti vengono scaricate e smontate, dopodiché vengono costruite nuove pile più lunghe in modo da poter abbassare il piano di campagna.

Configurazione originale

Nuova configurazione

Vista isometrica e sezione trasversale del puntellamento temporaneo (estratto dal piano: Frutiger AG)

La struttura era soggetta a significative forze concentrate, che generavano distribuzioni di tensione complesse all'interno del volume in calcestruzzo. Gli elementi in calcestruzzo sono stati progettati in conformità all'Eurocode 2, con particolare attenzione a:

Zone di introduzione locale delle forze
Ancoraggio e trasferimento dei carichi tra i componenti strutturali
Disposizione dell'armatura nelle regioni disturbate (regioni D)

A causa della geometria e delle condizioni di carico, il comportamento strutturale non poteva essere descritto mediante la semplice teoria delle travi. Era invece necessaria una comprensione del flusso delle forze basata sul modello Puntone-e-tirante, per garantire che sia i campi di compressione nel calcestruzzo sia i tiranti in trazione dell'armatura fossero adeguatamente progettati.

Sezione trasversale della trave del ponte che mostra un confronto della distribuzione delle forze nella struttura esistente (in alto) e durante la costruzione (in basso)

Sfide ingegneristiche

Una delle principali sfide del progetto era la verifica di stati di tensione complessi nel calcestruzzo armato, in particolare nelle regioni in cui:

Le forze venivano introdotte su aree relativamente ridotte
Più percorsi di carico interagiscono all'interno di un volume limitato di calcestruzzo
La congestione dell'armatura poneva potenziali problemi di fattibilità esecutiva

Gli approcci progettuali tradizionali basati su modelli Puntone-e-tirante semplificati fornivano una comprensione concettuale iniziale, ma mancavano della precisione necessaria per la verifica finale. Lo sviluppo manuale di modelli Puntone-e-tirante raffinati sarebbe stato estremamente dispendioso in termini di tempo e soggetto a ipotesi conservative, con il rischio di portare a disposizioni di armatura inefficienti.
Un altro aspetto critico era la necessità di dimostrare chiaramente la conformità ai requisiti dell'Eurocode. Data l'importanza della struttura, la progettazione doveva essere trasparente, tracciabile e facilmente verificabile da tutti i soggetti coinvolti nel progetto.

Soluzioni e risultati

Per superare queste sfide, EMCH+BERGER AG Bern ha implementato IDEA StatiCa Concrete, utilizzando il CSFM (Metodo del Campo di Tensioni Compatibile) per analizzare il comportamento reale del dettaglio in calcestruzzo armato.
L'approccio ha consentito agli ingegneri di:

Modellare la geometria esatta dell'elemento in calcestruzzo
Applicare combinazioni di carico realistiche direttamente al modello
Definire disposizioni di armatura che riflettono i vincoli pratici di costruzione

Invece di affidarsi a percorsi di forza idealizzati, l'analisi basata sul Metodo degli Elementi Finiti ha fornito una chiara visualizzazione di:

Traiettorie delle tensioni principali di compressione nel calcestruzzo
Sfruttamento delle singole barre di armatura
Ampiezza delle fessure e livelli di tensione agli stati limite di esercizio e ultimi

Ciò ha reso possibile affinare iterativamente la disposizione dell'armatura, ottenendo una progettazione strutturalmente efficiente e costruttivamente realizzabile. Le regioni critiche hanno potuto essere rinforzate esattamente dove necessario, senza sovra-armatura non necessaria altrove.
Il software ha inoltre generato un output chiaro e completo, comprensivo di verifiche di sfruttamento e rappresentazioni grafiche delle tensioni, che ha semplificato significativamente il processo di verifica e la comunicazione con i revisori.

Conclusione

Utilizzando IDEA StatiCa Concrete, EMCH+BERGER AG Bern è stata in grado di andare oltre le ipotesi progettuali semplificate e basare le decisioni critiche su una rappresentazione realistica del comportamento strutturale. Il metodo ha fornito la certezza della sicurezza e delle prestazioni del dettaglio in calcestruzzo, mantenendo al contempo una progettazione efficiente ed economica.
Questo progetto dimostra come gli strumenti numerici avanzati possano supportare gli ingegneri nell'affrontare complesse sfide legate al calcestruzzo armato, in particolare nei progetti infrastrutturali in cui accuratezza, trasparenza e conformità alle normative sono essenziali.