Presentato a Bologna il nuovo progetto per il Ponte sullo Stretto: è più leggero, più economico e può rimanere aperto al traffico anche nei giorni di tempesta [RENDERING e DETTAGLI]

  • Particolare della torre del modello del ponte per l’attraversamento dello Stretto di Gibilterra
    Particolare della torre del modello del ponte per l’attraversamento dello Stretto di Gibilterra
  • Il modello del ponte di Musmeci (1969) per Messina
    Il modello del ponte di Musmeci (1969) per Messina
  • Gli esperimenti di Le Ricolais sulle strutture ad iperboloide
    Gli esperimenti di Le Ricolais sulle strutture ad iperboloide
  • I vantaggi dello schema ad iperboloide
    I vantaggi dello schema ad iperboloide
  • Comparazione tra la torre prevista dal progetto SM e la nuova proposta.
    Comparazione tra la torre prevista dal progetto SM e la nuova proposta.
  • Rendering della soluzione per Messina con la torre a configurazione ellittica
    Rendering della soluzione per Messina con la torre a configurazione ellittica
  • Peroni
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Alle XXVII Giornate dell’acciaio a Bologna un ingegnere di Ravenna ha presentato davanti ai massimi esperti di ponti mondiali un progetto innovativo per il Ponte sullo Stretto di Messina: è più stabile, più sicuro e più economico rispetto ai modelli presentati finora

La costruzione del ponte sospeso per l’attraversamento dello Stretto di Messina è stata purtroppo sospesa una volta assegnato il progetto esecutivo vincitore al gruppo Eurolink, che comprende Impregilo, CMC di Ravenna e altri.

Gli ultimi governi che si sono succeduti in Italia e la crisi che ha colpito il paese dal 2008 hanno fatto in modo che l’intervento non fosse più diventato prioritario per lo sviluppo del mezzogiorno.

Nonostante le ragioni politiche ed economiche di questo momentaneo arresto del programma il progetto del ponte ha da sempre portato con sé una serie di criticità mai fino in fondo risolte e ha dato adito, anche da parte dei suoi stessi progettisti, ad una serie di perplessità non ultime quelle relative alla sua “serviceability” (tradotto: la possibilità di utilizzare il ponte anche in condizioni di vento estreme) soprattutto rispetto alle azioni del vento.

Marco Peroni

In occasione delle XXVII Giornate dell’acciaio a Bologna – sessione speciale di Sabato 5 Ottobre, un ingegnere di Ravenna ha avuto l’occasione di presentare davanti ai massimi esperti di ponti mondiali (erano presenti in particolare il Prof. Federico Mazzolani di UniNa, Prof. Giulio Ballio di PoliMi, Prof. Giorgio Diana di PoliMi e Mario de Miranda), il suo progetto per il ponte sullo Stretto di Messina. Marco Peroni, nato nel 1965, si è laureato in Ingegneria Civile a Bologna. Nel 1992 ha discusso la sua tesi di laurea sul progetto del ponte sullo Stretto di Messina con il Prof. Massimo Majoviecki. Nel 2010 dopo 17 anni come socio di un precedente studio fonda Marco Peroni Ingegneria a Faenza (Ravenna).

“E’ dal 2006 che il nostro Studio sta elaborando una serie di studi intensivi sulla possibilità di rivedere i classici schemi strutturali dei ponti sospesi e introdurre, soprattutto per quelli di grandissima luce, soluzioni innovative. Queste ricerche- spiega Peroni- sono state in partenza finalizzate al progetto per l’attraversamento dello Stretto di Gibilterra con un ponte sospeso di luce libera di 10Km basato su un nuovo tipo di struttura sospesa accoppiato con l’uso dei materiali CFRP come funi portanti (per una luce libera così grande l’acciaio sarebbe stato troppo pesante)”.

Il modello del ponte per l’attraversamento dello Stretto di Gibilterra (luce libera 10Km)

Il progetto per Gibilterra, calcolato e verificato con i software più sofisticati, è stato presentato nei congressi Europei più importanti sui ponti e le strutture e ha avuto pareri entusiastici da parte dei più eminenti specialisti del settore.
Approfittando del periodo di stasi in cui versa il progetto– continua Peroni- pensiamo sia questo il momento adatto per poter presentare una soluzione alternativa per lo Stretto di Messina basata sui concetti pensati per Gibilterra. Una soluzione che possa essere economicamente comparabile con quella SM ma più efficiente in termini di resistenza al vento e che consenta al ponte di rimanere aperto al traffico anche durante eventi meteorologici “estremi”. Ricordiamo come la snellezza H/L (altezza impalcato/luce libera del ponte) del ponte di Messina sarebbe di 1/1320 quando quella del più lungo ponte del mondo attuale (Akashi Kaykio in Giappone) è di 1/300 mentre il ponte con maggiore snellezza è quello sullo Storebealt (L=1620m) pari a 1/450! Tra l’altro nessuno dei ponti più lunghi è stato abilitato per la percorrenza ferroviaria che necessita di limiti di deformabilità più stretti che per la percorrenza stradale; il ponte ferroviario più lungo del mondo è ad oggi il Bisan Seto di L=1280m di luce libera”.

“Per rendere il ponte efficiente dal punto di vista dinamico ed evitare fenomeni di instabilità aeroelastica (per intenderci tipo quella occorsa in occasione del crollo del ponte di Tacoma nel 1940) i progettisti della SM hanno proposto una soluzione a impalcato trasparente cioè un impalcato costituito da tre cassoni separati tra loro attraverso i quali l’aria può passare e quindi perdere forza. La rigidezza a torsione del ponte è comunque affidata tutta all’impalcato che risulta tutto esposto al vento e deve contrastare i movimenti con la sua forma. Ma è appunto molto snello in rapporto alla sua lunghezza e potrebbe risentire di questo fatto. Se pensiamo ai tanti progetti presentati negli anni (sin dalla fine dell’800) per l’attraversamento dello Stretto di Messina, tutti hanno in comune il fatto di essere basati sullo stesso schema di sospensione classico per i ponti sospesi. L’unico campo di ricerca viene applicato all’impalcato che viene reso aerodinamicamente trasparente in modo da limitarne la sua sensibilità agli effetti delle scie del vento. Ne viene inoltre incrementata la sua rigidezza torsionale operazione necessaria per accrescere la velocità critica del vento. Con il nostro studio vogliamo invece proporre un innovativo schema strutturale: un sistema tenso-strutturale a “doppio effetto” che permetta di stabilizzare il ponte contro gli effetti del vento e che sia, al contempo, più economico o al peggio di eguale impegno finanziario del ponte presentato fino ad oggi (che chiameremo per brevità ponte SM: Società Stretto di Messina)”.

Il modello del ponte di Musmeci (1969) per Messina

I concetti alla base del progetto del ponte

Già nel 1969 in occasione del concorso indetto dall’ANAS per l’attraversamento dello Stretto, il Prof. Sergio Musmeci propose una soluzione in tensostruttura che pur risultando tra i vincitori del concorso in realtà fu piuttosto osteggiata dalla critica e ritenuta, seppur suggestiva, irrealizzabile almeno per le tecnologie del tempo. Il concetto proposto da Musmeci consisteva in un sistema a doppio effetto che per la prima volta teneva in conto direttamente nella forma del ponte degli effetti aeroelastici sulla struttura e ne prendeva le difese con un disegno innovativo.

Anche il progetto di Pierluigi Nervi presentato allo stesso concorso, prevedeva un seppur limitata considerazione di questi problemi proponendo i due piani di funi portanti inclinate rispetto alla verticale in modo da conferire all’impalcato una controventatura nel suo piano orizzontale.

Gli esperimenti di Le Ricolais sulle strutture ad iperboloide

Questi studi all’epoca innovativi riprendevano dei concetti già sviluppati sin dall’800 quando già alcuni progetti proponevano sistemi di stabilizzazione con funi dei ponti. E non in ultimo dobbiamo citare gli studi di Robert Le Ricolais che sviluppò una serie di esperimenti sulle superfici 3d ad iperboloide ad una falda cosa che ha
confermato la necessità di sviluppare un tale tipo di struttura. “Sviluppando allora i concetti proposti da Musmeci e Le Ricolais, la mia soluzione per l’attraversamento di Messina- dice Peroni- consiste in una tensostruttura tridimensionale conformata ad “iperboloide ad una falda”: in pratica un cesto da basket che contiene al suo interno l’impalcato del ponte”.

Un’ idea alternativa e innovativa per l’attraversamento dello Stretto di Messina

“La nostra versione del ponte– spiega Peroni- è basata su queste linee di progetto: considerevole incremento della rigidezza torsionale oltre a quella di lift e drag basata sul comportamento a doppio effetto prodotto dalla conformazione tridimensionale dei cavi nella loro geometria ad iperboloide con curvatura anticlastica (tipica di tutti i sistemi tensostrutturali).

Considerevole riduzione del peso del ponte ottenuta distribuendo funi di minore sezione attorno ad una serie di generatrici ellittiche in combinazione con un impalcato leggero, sgravato dal compito di avere una propria rigidezza torsionale (ora affidata alle funi). L’impalcato è ora molto leggero (streamlined deck) come nel progetto di Musmeci che quindi contribuisce a ridurre il peso complessivo del ponte. La rete di funi principali parte dalle due torri a forma ellittica alle estremità del ponte ed è composta da una serie di 20 funi di acciaio ad alto limite di snervamento ciascuna del diametro di 40cm e si dispongono intrecciandosi attorno a sezioni ellittiche che man mano si riducono verso la mezzaria del ponte.
Come si è già detto, la particolare conformazione a tensostruttura a “sistema chiuso” risulta essere estremamente stabile nei confronti delle azioni del vento sia orizzontali che verticali e soprattutto torsionali. E questo permette di avere un impalcato estremamente leggero rispetto ai tradizionali ponti sospesi”.

 

Le funi che compongono la rete sterna principale sono agganciate attorno ad una serie di “cerchianti” che, ogni circa 200m, sono i supporti estremi di una serie di sottoponti strallati interni a cui è appeso l’impalcato. Questi telai intermedi sono quindi necessari sia in fase di montaggio per “guidare” la conformazione interlacciata delle funi attorno all’asse dell’iperboloide e anche per formare la serie di sottoponti tradizionali con cui si completa la struttura nel suo complesso. Una volta quindi assemblata la rete principale tra i telai si realizzeranno in modo relativamente tradizionale i sottoponti strallati di media lunghezza.

Rendering della soluzione per Messina con la torre a configurazione ellittica

I telai saranno assemblati mediante funi temporanee sia superiori che inferiori in grado di traslarli in posizione.
Nella nostra proposta alla fine possiamo avere un impalcato che pesa la metà di quello della proposta approvata in appalto (11t/m rispetto alle 20 t/m) e le stesse funi portanti e degli stralli dei sottoponti hanno un peso del 60% inferiore rispetto a quello del progetto SM. Il peso inferiore delle funi e dell’impalcato naturalmente compensa il maggior onere derivante dalla presenza dei telai intermedi e del montaggio delle funi principali ad iperboloide che è naturalmente più oneroso che nel caso della soluzione classica. E tutto questo è stato ottenuto con uno schema più innovativo ed intrinsecamente sicuro.

 

Comparazione tra la torre prevista dal progetto SM e la nuova proposta.

Per quello che riguarda le torri possiamo considerare quasi la stessa quantità di acciaio in quanto l’altezza delle torri nelle due soluzioni è pressoché analoga (440m nella nostra soluzione a configurazione ellittica) mentre abbiamo 390m nella soluzione della SM ma composta da due torri distinte. Nella nostra proposta le torri saranno poggiate sulle stesse fondazioni già previste per le torri del progetto approvato quindi senza modificare le opere di fondazione già previste. L’unica differenza “peggiorativa” rispetto al progetto approvato risiede nel fatto che la linea di impalcato è, in questa versione, più alta di circa 35m (data la presenza delle funi inferiori del paraboloide iperbolico) con una conseguente necessità di rivedere i viadotti di accesso.
Negli ultimi anni- prosegue Peroni– abbiamo eseguito molti modelli strutturali di calcolo all’elaboratore che hanno validato il principio strutturale del paraboloide iperbolico applicato al ponte di grande luce nelle sue varie versioni: da quella di 10Km pensata per Gibilterra in cui naturalmente lo schema strutturale viene sfruttato al massimo della sua efficienza, ad una dimensione intermedia di 6Km di luce libera fino ad arrivare alla soluzione di 3.3Km prevista per l’attraversamento classico di Messina.
Le calcolazioni- aggiunge Peroni- hanno tutte mostrato un ottimo comportamento del sistema strutturale in termini di deformazione sotto carico ma soprattutto di rigidezza torsionale del sistema che è molto importante nei confronti dell’azione del vento. Alcune soluzioni di attraversamento sommerso o a tunnel prevedono la possibilità di un percorso alternativo più vicino a Messina in particolare tra Villa San Giovanni e Papardo. In questo caso la luce libera sarebbe di circa 6Km e non è mai stata naturalmente presa in considerazione con il sistema a sospensione classico che è già molto al limite nel caso dei 3 Km di luce libera. Con la nostra configurazione innovativa si potrebbe realizzare il ponte sospeso in questa nuova posizione risparmiando in lunghezza dei viadotti di raccordo”.

L’applicazione di questo innovativo concetto non solo è possibile ma è anche economicamente comparabile con quella del progetto vincitore della gara di appalto. “Rispetto a quest’ultima soluzione la nostra si distingue per un migliore comportamento nei confronti dell’azione del vento, è un progetto intrinsecamente sicuro che anche agli occhi di un utente inesperto palesa la sua efficienza strutturale e consentirà al ponte di rimanere aperto al traffico anche durante i giorni di tempesta“- conclude Peroni.

 

 


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