I ponti sono tra le applicazioni più impegnative dell'acciaio strutturale. Le campate devono sopportare carichi di traffico pesanti e ripetuti, resistere al vento e alle azioni sismiche e rimanere utilizzabili per decenni. Le strutture reticolari in acciaio soddisfano queste esigenze con una struttura aperta di unità triangolari che trasferisce i carichi principalmente attraverso forze assiali, offrendo un elevato rapporto resistenza-in-peso e lunghe campate libere senza supporti intermedi.
Cos'è una struttura reticolare in acciaio?
Una capriata in acciaio è una struttura di elementi diritti in acciaio collegati tramite giunti per formare triangoli rigidi. Poiché un triangolo non può cambiare forma senza cambiare la lunghezza dei suoi lati, la travatura reticolare è intrinsecamente stabile e i carichi sugli elementi sono prevalentemente assiali: tensione in alcuni elementi e compressione in altri. Questa geometria consente un utilizzo molto efficiente del materiale rispetto agli elementi che trasportano carichi in flessione.
Componenti principali
Accordo superiore:il longherone superiore, caricato principalmente in compressione e che sostiene i carichi dell'impalcato o del tetto dall'alto.
Accordo inferiore:il longherone inferiore, caricato principalmente in tensione.
Membri Web:le diagonali e le verticali che collegano i due cordoni e dividono la travatura reticolare in pannelli triangolari.
Connessioni:piastre con fazzoletti con-bulloni o saldature ad alta resistenza che trasferiscono le forze tra i membri in corrispondenza dei giunti.
Tipi comuni di capriate in acciaio per ponti
| Tipo di traliccio | Layout del membro Web | Uso tipico |
|---|---|---|
| Travatura Pratt | Le diagonali sono inclinate verso il basso verso il centro; verticali in compressione, diagonali in tensione | Ponti ferroviari e autostradali, strutture di copertura-a campata lunga |
| Travatura Warren | Serie di triangoli equilateri senza verticali (o con verticali aggiunte per pannelli lunghi) | Ponti a campata lunga, hangar per aerei, strutture a campata libera |
| Come travatura | Le diagonali sono inclinate verso l'alto verso il centro; diagonali in compressione | Ponti-e strutture di tetto per carichi pesanti in cui si verificano grandi forze sugli elementi |
| Fink capriata | Suddivisione a W-dei pannelli web | Tetti residenziali e commerciali, strutture-a campata ridotta |
La scelta della geometria del traliccio è guidata dalla lunghezza della campata, dall'entità del carico, dall'economia di fabbricazione e dal metodo di costruzione del sito, e dovrebbe essere confermata dall'analisi strutturale secondo il codice di progettazione in vigore.
Perché le capriate in acciaio sono adatte all'ingegneria dei ponti
Trasferimento assiale efficiente del carico
I membri di una travatura reticolare lavorano in tensione o compressione, sfruttando tutta la resistenza della sezione in acciaio. Ciò è fondamentalmente più efficiente in termini di materiale-rispetto alla flessione-di travi dominate dalla luce equivalente e riduce il peso proprio della sovrastruttura.
Lunghe campate libere
Poiché il sistema a rete triangolare distribuisce le forze alle corde, le capriate possono coprire grandi distanze con profondità degli elementi relativamente basse, riducendo il numero di pilastri intermedi e la dimensione delle fondazioni.
Basso peso morto e risposta sismica
Le sovrastrutture più leggere generano forze inerziali minori sotto eccitazione sismica. Per i ponti in zone attive, ciò può ridurre significativamente le azioni progettuali trasmesse a pile e spalle.
Prefabbricazione e montaggio rapido
I membri della travatura reticolare e i sottoassiemi- possono essere fabbricati in officina con connessioni forate o saldate ed eretti in loco con bulloni ad alta-resistenza, il che riduce i tempi di costruzione e il lavoro in quota rispetto alla saldatura sul campo.
Applicazioni delle capriate in acciaio nell'ingegneria dei ponti
Ponti ferroviari e autostradali:le capriate sopportano carichi di traffico ciclico pesanti e sono ampiamente utilizzate per attraversamenti a campata media- e lunga-.
Passerelle pedonali e attraversamenti urbani:le capriate a rete aperta-forniscono strutture snelle e leggere con un aspetto architettonico.
Ponte temporaneo e militare:sistemi reticolari modulari e completamente imbullonati, come i ponti di tipo Bailey-, vengono utilizzati per deviazioni, attraversamenti di emergenza e logistica militare.
Strutture ad arco e sospensione:le capriate vengono utilizzate come travi di irrigidimento nei ponti sospesi e come nervature primarie dei ponti ad arco-legato.
Viadotti e strade sopraelevate:Le campate reticolari vengono selezionate laddove sono necessarie lunghe aperture libere su strade, fiumi o ferrovie.
Traliccio in acciaio o trave a cassone: come scegliere
| Fattore di selezione | Ponte di travatura reticolare in acciaio | Ponte a trave scatolare in acciaio |
|---|---|---|
| Meccanismo di trasferimento del carico | Forze assiali attraverso elementi d'anima triangolari | Flessione e taglio attraverso una sezione cava chiusa |
| Rapporto resistenza--peso | Alto; efficiente per campate molto lunghe | Bene; più pesante per unità di capacità di piegatura |
| Rigidità torsionale | Moderare; richiede rinforzo per la torsione | Eccellente, grazie alla sezione trasversale-chiusa |
| Idoneità alla portata | Campate da lunghe a molto lunghe | Campate medio-lunghe, compresi allineamenti curvilinei |
| Logistica | I membri aperti possono essere spediti come componenti smontabili-e imbullonati in loco | Le celle chiuse sono spesso sovradimensionate e possono richiedere trasporti speciali o spedizioni alla rinfusa |
| Lavoro in cantiere | Assemblaggio imbullonato-rapido | Più saldature e manipolazioni in cantiere per chiusure e giunzioni |
| Estetica | Aspetto industriale e geometrico | Aspetto elegante e minimalista |
In pratica, la decisione spetta al progettista: le capriate vengono selezionate per campate lunghe, fondazioni leggere e costruzione modulare; le travi scatolari sono preferite per allineamenti curvi, elevate esigenze torsionali e profili visivi snelli.
Fabbricazione e controllo qualità per capriate di ponti
Le strutture in acciaio dei ponti sono soggette a regole più severe rispetto alle strutture in acciaio delle costruzioni a causa della fatica. La saldatura deve essere eseguita e ispezionata in conformità con AWS D1.5 (saldatura a ponte) o con le specifiche nazionali applicabili, e la progettazione complessiva segue codici come AASHTO LRFD, EN 1993 (Eurocodice 3) o GB 50017. Le pratiche consigliate includono:
Completa tracciabilità del materiale attraverso certificati di prova di fabbrica rilasciati in conformità alla norma EN 10204.
Preassemblaggio in fabbrica al 100% con gruppo di fori e tolleranze geometriche verificate prima della spedizione.
Test non-distruttivi (UT, MT) delle saldature critiche, con registrazioni di qualificazione delle procedure di saldatura.
Protezione dalla corrosione-per impieghi gravosi specificata secondo la norma ISO 12944 per la categoria di esposizione, inclusa la sabbiatura fino a Sa 2.5 e sistemi di rivestimento compatibili.
Pre-curvatura controllata: le curve di taglio degli elementi e la geometria dell'assemblaggio sono impostate in modo tale che la deflessione del carico morto- sia compensata nella struttura eretta.
Domande frequenti
Quale tipo di traliccio è il migliore per un ponte ferroviario?Le capriate Pratt e Howe sono entrambe comunemente utilizzate per i ponti ferroviari perché la loro disposizione a rete si adatta ai carichi concentrati e ciclici del traffico ferroviario. La scelta finale dipende dalla campata, dai limiti di profondità e dall'economia di fabbricazione e deve essere verificata mediante analisi del codice applicabile.
Quali qualità di acciaio sono tipiche per le capriate dei ponti?I gradi comuni includono la serie S355 secondo EN 10025-2, ASTM A572 Grado 50 e Q355B secondo GB/T 1591. Per gli elementi critici per la fatica, la tenacità all'intaglio, lo spessore e la categoria di dettaglio devono essere verificati rispetto alle specifiche di progettazione.
I membri della travatura reticolare possono essere spediti in container?SÌ. I membri Open-web sono particolarmente adatti per spedizioni-down (CKD) in container da 20 o 40 piedi, con imbullonatura sul campo sui fazzoletti. Gli elementi più lunghi possono essere consegnati tramite flat rack o breakbulk a seconda della geometria.
Come viene controllata la qualità della saldatura sulle capriate dei ponti?La saldatura viene eseguita secondo procedure qualificate, in genere secondo AWS D1.5 o il codice applicabile, con test a ultrasuoni e particelle magnetiche delle saldature critiche e documentazione completa delle qualifiche del saldatore e dei registri di ispezione.
Come viene gestita la pre-curvatura di una travatura-lunga?La struttura viene analizzata nel software di modellazione 3D e le curve di taglio e la geometria dell'assemblaggio vengono regolate in modo che la curvatura di fabbricazione compensi la deflessione del carico morto prevista-. Il pre-assemblaggio in negozio verifica la campanatura raggiunta prima della spedizione.
I ponti reticolari in acciaio sono adatti alle regioni sismiche?SÌ. Il loro basso peso morto riduce le forze inerziali sismiche e le connessioni bullonate duttili possono essere dettagliate per la dissipazione controllata dell'energia, a condizione che la struttura sia progettata secondo la normativa sismica applicabile.