Indagini profonde, analisi dinamiche, soluzioni progettuali ad hoc. L’innovazione Masera Engineering Group all’opera nel caso del rinforzo di un cavalcavia contraddistinto da vincoli operativi (traffico sempre aperto e cassone inaccessibile)
di RODOLFO EPICOCO, VALENTINA BORETTI, LUCA FINOCCHIARO | Masera Engineering Group
DAVIDE MASERA | CEO Masera Engineering Group
Il cavalcavia oggetto di studio rappresenta un nodo cruciale per la viabilità locale, garantendo il collegamento tra arterie principali e rete secondaria. Realizzato nei primi anni Duemila, presenta un impalcato metallico a cassone con soletta collaborante in calcestruzzo armato, sviluppato su tre campate continue (30, 48, 30 m). La particolare sezione con ampi sbalzi laterali costituisce una soluzione architettonica originale rispetto ai più diffusi ponti a travata a cassone, distinguendo l’opera sia dal punto di vista tecnico che estetico.
Dopo circa vent’anni di esercizio, la struttura ha manifestato la necessità di un intervento di manutenzione straordinaria, indispensabile per garantirne la piena efficienza, nonché l’adeguamento alle normative di sicurezza più recenti. Il gestore ha quindi promosso un progetto di rinforzo mirato, sviluppato da un raggruppamento di progettisti specializzati, che ha unito indagini approfondite, calcoli avanzati e una sequenza operativa attentamente calibrata.
Struttura complessa
L’impalcato presenta un’originale sezione di tipo alare, con ampi sbalzi laterali costituiti dai remi trasversali a parete piena che aggettano dalla travata centrale; la trave longitudinale è organizzata a sezione scatolare con altezza variabile (da 1,02 m alle spalle a 1,98 m in mezzeria) e completata dalla soprastante soletta collaborante in calcestruzzo armato.
Le strutture metalliche d’impalcato sono state organizzate per composizione in opera con collegamenti bullonati. La soletta d’impalcato in c.a., larga 12 m, è realizzata con getto in opera (25 cm) su lastre prefabbricate predalles (5 cm), per uno spessore totale di 30 cm. La piattaforma viaria è larga 15,42 m, composta da carreggiata (11,2 m) e due marciapiedi laterali (2,11 m ciascuno, spessore 12 cm). La connessione con la travata metallica avviene tramite pioli saldati alle piattabande superiori delle travi longitudinali a cassone, mentre non vi è collaborazione con i traversi, sui quali la soletta è solo appoggiata. Le pile centrali, costituite da telai metallici con fusti tubolari inclinati, si innestano su plinti di fondazione collegati a pali trivellati. Le spalle laterali, impostate anch’esse su pali di grande formato, vincolano l’impalcato (un lato spalla fissa, l’altro la mobile).
Criticità riscontrate
Dal collaudo statico del 2003, il cavalcavia ha operato senza particolari problematiche fino alle prime manutenzioni straordinarie del 2021, quando furono installati ritegni trasversali aggiuntivi per migliorare la stabilità in caso di azioni sismiche. Tuttavia, a partire dal 2022, con l’applicazione delle Linee Guida del Ministero delle Infrastrutture e Trasporti (LG20) per la valutazione dei ponti esistenti, l’opera è stata sottoposta a un’analisi di sicurezza più stringente. Le verifiche hanno evidenziato carenze diffuse: l’impalcato non risultava adeguato, le pile intermedie mostravano limiti di capacità portante, e sia la spalla fissa che la spalla mobile non superavano le verifiche di stabilità e resistenza in quanto i muri frontali non erano collegati ai laterali.
Accanto a queste criticità strutturali, le ispezioni visive avevano già documentato segni di corrosione sugli apparecchi di appoggio, fessurazioni nei collegamenti murari e difetti esecutivi nei giunti di spalla. In sintesi, la combinazione tra lievi degradi e severe mancate verifiche secondo le nuove normative ha imposto di superare la logica della manutenzione puntuale e di affrontare il progetto come un vero e proprio intervento su scala globale.
Indagini avanzate
Per calibrare correttamente il progetto, la campagna di indagini ha unito prove dinamiche, rilievi 3D e verifiche geometriche di dettaglio. Le indagini strutturali condotte nel 2020 hanno previsto l’installazione di accelerometri verticali e sismometri triassiali lungo l’impalcato, consentendo di identificare i modi principali di vibrazione e validare i modelli numerici con tecniche di analisi modale operativa (FDD e SSI).
Successivamente, due campagne di rilievi laser scanner (2022 e 2024) hanno prodotto nuvole di punti navigabili, restituendo con precisione millimetrica le deformate dell’impalcato. In parallelo, i rilievi manuali all’interno del cassone hanno permesso di catalogare spessori, bullonature e connessioni metalliche, confermando le informazioni ottenute dai disegni costruttivi di officina. Un patrimonio informativo essenziale, che ha ridotto le incertezze progettuali e guidato le scelte di rinforzo.
Obiettivi
La definizione del progetto è stata fortemente condizionata da due vincoli operativi stringenti: la necessità di mantenere sempre aperto al traffico l’autostrada sottostante, ad eccezione di due sole chiusure notturne previste per il varo delle travi ausiliarie, e l’impossibilità di operare dall’interno del cassone metallico, troppo ridotto per consentire lavorazioni in sicurezza.
Queste condizioni hanno guidato in modo determinante la concezione dell’intervento, indirizzando le scelte verso soluzioni esterne, modulari e facilmente varabili. L’obiettivo generale: superare le carenze emerse dalle verifiche di sicurezza e ridistribuire in maniera più efficiente le sollecitazioni, intervenendo sia sulle sottostrutture sia sull’impalcato.
Per le spalle si è previsto un intervento radicale: demolizione dei muri laterali esistenti, sostituiti da nuovi muri fondati su berlinesi profonde e collegati al muro frontale. La nuova soletta di transizione mette in continuità muri laterali e frontale, alleggerendo gli sforzi sui pali di fondazione originari. In questo modo vengono risolte le criticità di ribaltamento, scorrimento e stabilità del pendio, mentre il collegamento tra muro frontale e muri laterali modifica lo schema statico, distribuendo meglio le spinte del terreno.
Le pile esistenti non subiscono modifiche, ma vengono affiancate da una coppia di nuove pile in calcestruzzo, ciascuna di 2 m di diametro e fondata su un palo dedicato. Questi elementi aggiuntivi consentono di trasferire parte delle azioni verticali e orizzontali a strutture più robuste, migliorando la stabilità complessiva. Il cuore dell’intervento riguarda l’impalcato, rinforzato con l’installazione di due travi ausiliarie longitudinali esterne, sostenute da quattro nuove pile per lato, in corrispondenza di spalle e pile esistenti.
I traversi dell’impalcato sono stati collegati a queste nuove travi mediante barre pretese, capaci di imporre uno sforzo di sollevamento e scaricare parzialmente la struttura originaria. Sono inoltre previsti la scarifica idraulica della soletta in corrispondenza della carreggiata, l’inserimento di nuova armatura superiore, il rifacimento dei cordoli con sostituzione delle barriere di sicurezza, nonché la sostituzione degli apparecchi di appoggio e dei giunti.
L’intervento persegue diversi obiettivi mirati:
• Trasferire parte dei carichi permanenti alle nuove travi ausiliarie, riducendo il peso sull’impalcato originale;
• Irrigidire l’impalcato a cassone, così che anche parte dei carichi variabili (traffico e vento) sia assorbita dalle travi ausiliarie;
• Modificare lo schema statico dei remi laterali, trasformandoli da mensole a travi appoggiate sulle nuove travi, con conseguente riduzione delle sollecitazioni;
• Eliminare la necessità di controventi interni al cassone, resi superflui dalla nuova configurazione statica;
• Ridurre la trazione trasversale sulla soletta interna, oggi non verificata allo stato di fatto;
• Alleggerire le azioni verticali e le spinte trasversali sulle pile originarie, trasferendo le sollecitazioni orizzontali alle nuove pile.
Il progetto non si limita a ripristinare la capacità portante originaria, ma ridisegna in modo profondo il comportamento statico dell’opera, prolungandone la vita utile e aumentandone la sicurezza.
Analisi numerica FEM
L’analisi e il progetto di rinforzo dell’impalcato del cavalcavia sono stati condotti tramite diversi modelli FEM, globali e locali, sia nello stato di fatto (SDF) che nello stato di progetto (SDP). Sono stati sviluppati due tipi di modelli: un modello tridimensionale di dettaglio, con elementi shell e beam, per rappresentare fedelmente cassone, soletta, diaframmi e pile; e un modello unifilare semplificato, basato su soli elementi beam, utile per verifiche della travata a cassone. Pur meno dettagliato, il modello unifilare ha consentito un controllo globale del comportamento strutturale e un utile confronto di coerenza con i risultati del modello tridimensionale.
Entrambi i modelli, nello SDF e nello SDP, sono stati sviluppati con Construction Stage Analysis (CSA), così da riprodurre le reali fasi costruttive e gli effetti reologici del cls. La CSA ha consentito di simulare, nello stato di fatto, le fasi di costruzione originarie, e nello stato di progetto le principali operazioni di intervento (nuove pile, travi ausiliarie, sollevamento, completamento della soletta, ripristino piano viabile), analizzando sia il comportamento finale sia le condizioni intermedie critiche. I risultati dinamici sono stati incrociati con quelli ottenuti dal Politecnico di Milano mediante l’identificazione dinamica, a conferma della coerenza del comportamento dinamico, mentre gli abbassamenti dell’impalcato sono stati confrontati con la nuvola di punti, ottenendo una valida corrispondenza tra modello numerico e rilievo sperimentale. Per la verifica delle spalle sono stati sviluppati modelli locali a elementi shell.
Analogamente, per le verifiche di dettaglio del sistema di sollevamento è stato elaborato un modello strutturale dedicato, con lamiere riprodotte mediante elementi shell e barra di sollevamento schematizzata tramite elemento beam.
In sintesi, i modelli 3D hanno consentito un’analisi accurata e dettagliata, indispensabile per cogliere le interazioni locali e le fasi costruttive, mentre i modelli unifilari hanno offerto rapidità di calcolo e chiarezza nell’interpretazione, diventando strumenti di confronto e validazione incrociata.
Sequenza operativa
La complessità dell’intervento ha richiesto una sequenza operativa suddivisa in fasi coordinate, così da minimizzare le interferenze con la circolazione, con particolare riguardo per l’autostrada sottostante, che non può subire chiusure a causa dell’elevato volume di traffico. L’intervento sul cavalcavia si distingue come un caso emblematico di rinforzo prestazionale: non un semplice intervento per ripristinare l’operatività della struttura, ma una trasformazione capace di rispondere alle carenze messe in luce dalle verifiche LG20.
La combinazione di degradi localizzati e mancate verifiche globali ha reso inevitabile un progetto di ampio respiro, concepito per restituire sicurezza, efficienza e durabilità a un nodo viario di primaria importanza.
Grazie a una campagna di indagini avanzate, a un progetto calibrato sulle criticità reali e a una sequenza operativa che ha saputo coniugare rigore tecnico e continuità di esercizio, il cavalcavia potrà garantire prestazioni adeguate per i prossimi decenni. Un ponte nato con un’impronta architettonica distintiva, ma segnato da carenze strutturali, viene riportato a nuova vita.
L’intervento ingegneristico non si limita a colmare le criticità, ma ridisegna lo schema statico dell’opera, restituendole un ruolo strategico nella rete autostradale e offrendo un esempio concreto di valorizzazione e rilancio delle infrastrutture esistenti.
