Viadotti per un nuovo svincolo in Kuwait

Per la realizzazione della città di Al-Mutlaa previsti 150 km di strade e svincoli

La città di Al-Mutlaa, progettata e in corso di realizzazione nel nord del Kuwait, costituisce il più grande progetto residenziale mai costruito dall’Autorità Pubblica per il welfare abitativo dello Stato. Il nuovo insediamento coprirà un’area complessiva di 12mila ettari situata 40km a nord-ovest di Kuwait City e al suo completamento ospiterà 400mila abitanti, offrendo i più moderni servizi abitativi e logistici, centri commerciali e di ritrovo, ospedali, scuole e punti di assistenza sociale.

Per la rete interna e le direttrici di collegamento con le altre città limitrofe, saranno inoltre costruiti 150 chilometri di nuove strade con relativi svincoli, oltre a tutte le opere civili per la distribuzione idrica, dell’energia elettrica e dell’illuminazione, nonché le opere necessarie alla raccolta delle acque piovane e fognarie e per l’installazione delle reti di telecomunicazione.

Una delle opere infrastrutturali maggiori è lo svincolo autostradale a quattro livelli oggetto del presente lavoro, costituito da otto rampe su viadotti, un sottopassaggio e una passerella ciclo-pedonale. I tracciati stradali, oltre che dalle multiple sovrapposizioni, sono caratterizzati da notevole complessità geometrica a causa del loro sviluppo con curvatura plano-altimetrica e pendenza trasversale variabile.

Tutti gli impalcati sono in c.a.p. gettati in opera con successiva post-tensione, i tratti perimetrali sono suddivisi per unità e gettati su banchinaggi, mentre le porzioni delle quattro rampe che si incrociano al centro dello svincolo sono costruiti a sbalzo per conci successivi, gettati mediante l’impiego di coppie di carri-varo. Questa metodologia, consentendo la costruzione simultanea degli impalcati su più livelli, senza interferenze anche nelle zone più congestionate e senza occupazione delle aree di cantiere a terra dove sono presenti tracciati stradali in rilevato, ha consentito una notevole riduzione dei tempi di costruzione e dei costi dell’intera opera.

La tecnica della costruzione a sbalzo per conci successivi

Questa tecnica costruttiva consiste inizialmente nel gettare in opera i testa-pila, i primi segmenti in sommità delle pile connessi alle stesse mediante incastri temporanei, su cui può essere installato il carro-varo nella sua configurazione iniziale. Successivamente la costruzione dell’impalcato prosegue per conci di 4.00m gettati in successione, in maniera bilanciata rispetto alla pila, mediante l’avanzamento per fasi dei carri-varo, che dopo le prime configurazioni sono in grado di sdoppiarsi in due unità che procedono simmetricamente sostenendo le casseforme.

Le manovre di movimentazione avvengono attraverso l’uso di martinetti e un sistema di anco- raggi alla soletta superiore dell’impalcato, la cui disposizione deve essere prevista in fase di progettazione in modo da assicurare un efficace coordinamento con l’impresa fornitrice delle attrezzature ed evitare interferenze col sistema dei cavi di post-tensione utili durante la costruzione.

Ogni segmento viene completato con un ciclo di 7 giorni, che comprende la fase preparatoria (movimentazione carri, installazione casseforme, preparazione armature) e le operazioni di getto per una durata complessiva di 4 giorni, 2 giorni per la maturazione del calcestruzzo e l’ultimo giorno per la tesatura dei cavi di post-tensione presenti nella soletta superiore. Il momento più critico si verifica quando devono essere eseguiti i getti di continuità (2,00- 3,00m di ampiezza) per la chiusura delle campate, collegando le due estremità di impalcato provenienti da pile adiacenti, in queste fasi è essenziale la conformità geometrica per minimizzare le discrepanze tra il costruito e il tracciato teorico.

Errori di poche decine di millimetri possono causare anomalie con variazioni di pendenza concentrate in tratti di lunghezza limitata, con ripercussioni importanti sulla stesura degli strati di finitura superficiali. Solitamente in questo tipo di ponti il pacchetto stradale ha spessori limitati (60-80mm), per cui errori anche modesti sui dislivelli di chiusura delle campate comportano inevitabilmente un aumento della richiesta di materiale, al fine di garantire il minimo spessore necessario per motivi tecnologici, e in definitiva un aumento dei costi dell’opera.

Le ripercussioni di eventuali anomalie plano-altimetriche devono essere valutate anche in termini di resa estetica, in particolare per quanto riguarda gli allineamenti dei profili che caratterizzano le forme dell’impalcato, sia per gli osservatori esterni che per gli utenti durante la percorrenza.

Le fasi conclusive riguardano la tesatura dei cavi di post-tensione delle campate e lo smantellamento dei carri-varo, dopodiché possono essere rimossi i vincoli temporanei attraverso demolizione mirata, in modo da far entrare in funzione i dispositivi di vincolo definitivi ed infine la realizzazione delle finiture.

I viadotti realizzati

Le unità centrali delle rampe principali, che si sovrappongono su più livelli nella zona nevralgica al centro dello svincolo, sono composte da cinque campate (60m – 82m – 73m – 82m – 60m) con pile di 25-30m di altezza.

L’impalcato è costituito da una sezione a cassone ad altezza variabile, compresa tra 2,25m e 4,00m, a larghezza 12,60m. Sia le anime che la soletta inferiore hanno spessore che varia lungo lo sviluppo longitudinale.

Il sistema di post-tensione è costituito da tre diversi ordini di cavi, il primo quello nella soletta superiore necessario durante la costruzione a sbalzo, quando lo schema statico è a mensola e le campate sono ancora aperte, sono 4 cavi che si ancorano in corrispondenza delle anime di ogni concio, per un totale di 36 cavi da 15 trefoli ciascuno. Il secondo nella soletta inferiore, con la funzione di sostenere le campate in esercizio, composto da 21 cavi suddivisi in tre famiglie, sempre da 15 trefoli con ancoraggio in appositi blister.

Il terzo per la precompressione trasversale della soletta superiore con cavi da 4 trefoli distribuiti ogni 75cm.
I segmenti di chiusura prevedono botole di accesso per gli operatori in modo da rendere possibile le operazioni di tesatura dei cavi inferiori dopo aver realizzato la continuità delle campate, la soletta deve essere poi ripristinata mediante giunzione delle armature ordinarie e dei condotti dei cavi trasversali mediante manicotti e getto di completamento.

La progettazione costruttiva

Studio preliminare della sequenza costruttiva

La sequenza costruttiva è stata scelta in base a diversi fattori, tra i quali l’organizzazione complessiva del cantiere, il termine previsto per la consegna dell’opera al cliente finale, la disponibilità di maestranze e attrezzature, oltre che valutazioni di carattere strutturale. In particolare, data la possibilità di disporre di quattro coppie di carrivaro, è stato possibile costruire due rampe in contemporanea, prima la n.5 e la n.7 poi la n.6 e la n.8, utilizzando due coppie di carri-varo per ognuna di esse.

Per quanto riguarda l’influenza sulla risposta strutturale dei viadotti, l’impatto della sequenza temporale con cui vengono chiuse le campate, determinando un cambio di schema statico con conseguente sviluppo di deformazioni e stati tensionali non sempre recuperabili a fine costruzione, ha go- vernato le scelte principali.

Il parametro più importante è stato il rapporto tra le diverse luci dell’impalcato, in particolare la minore ampiezza della campata centrale rispetto alle due adiacenti ha comportato un’asimmetria tra il numero di conci da realizzare ai due lati delle pile P02 e P03, con potenziale situazione di squilibrio determinante nelle fasi in cui vengono realizzati i segmenti di continuità che chiudono le campate. Tutte le considerazioni utili in questo primo stadio progettuale si sono basate sullo studio di schemi strutturali semplificati, in modo da procedere con le scelte principali in maniera spediti- va, vagliando diverse ipotesi e riuscendo anche ad avere un facile riscontro con calcolo manuale.

La sequenza definitiva scelta può essere descritta sinteticamente attraverso i seguenti punti:

• Costruzione pile P01 e P04 con rispettivi conci;
• Getto su banchinaggio delle zone di estremità e chiusura campate 1 e 5;
• Costruzione pile P02 e P03 con rispettivi conci;
• Chiusura campata 3;
• Chiusura campate 2 e 4;
• Rimozione incastri temporanei sulle pile e applicazione delle finiture.

Progettazione costruttiva

Una volta fissato il cronoprogramma, la progettazione costruttiva si è articolata in modo specifico su d versi aspetti, ossia:

• Verifiche globali di sicurezza allo Stato Limite Ultimo e allo Stato Limite di servizio durante ogni singola fase costruttiva;
• Verifiche locali delle armature nelle zone di dettaglio;
• Verifiche locali nelle zone di ancoraggio dei cavi per la post-tensione;
• Definizione di dettaglio e ottimizzazione del tracciato per i diversi ordini dei cavi di post-tensione con calcolo degli allungamenti teorici alla tesatura;
• Verifica delle interferenze per punti di ancoraggio dei carrivaro sulla soletta superiore;
• Disegni costruttivi di tutte le parti dell’impalcato;
• Analisi degli spostamenti durante la costruzione con definizione di pre-camber, coordinate di posizionamento dei conci e dei carrivaro e dei valori di pre-set dei dispositivi di appoggio.

Nel seguito di questo articolo verranno trattati gli aspetti ritenuti maggiormente di interesse per la loro specificità.

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE