Può davvero il Ponte sullo Stretto di Messina durare 200 anni? È la domanda al centro di un approfondito studio firmato da Michele Ciavarella, docente del Politecnico di Bari e della Hamburg University of Technology, dedicato in particolare alla vita utile dei cavi principali di sospensione, gli elementi strutturali chiamati a sostenere il ponte per l’intero arco della sua esistenza e che, a differenza di altri componenti, non risultano praticamente sostituibili una volta che l’infrastruttura è in esercizio.
Il punto centrale dell’analisi non è mettere in discussione la capacità statica dell’opera, che secondo lo studio poggia su ampi margini di sicurezza, protezioni anticorrosione e criteri progettuali avanzati, ma comprendere quanto sia realmente dimostrabile oggi una durata di due secoli rispetto ai fenomeni di fatica dei materiali, in particolare il cosiddetto fretting fatigue, cioè il danneggiamento prodotto da microscopici movimenti ripetuti nelle zone di contatto tra i fili e nelle selle dei cavi.
Ponte sullo Stretto, il nodo dei cavi che dovrebbero durare 200 anni
Il progetto prevede una campata centrale di 3.300 metri, circa due terzi più lunga di quella dell’Akashi Kaikyo Bridge, e un sistema destinato a sostenere contemporaneamente traffico stradale e ferroviario. La vita progettuale assegnata al sistema principale di sospensione è di 200 anni. Proprio questa durata, osserva lo studio, crea una questione scientifica particolare. Una cosa è dimostrare che una struttura rispetti i modelli di calcolo, i codici e i coefficienti di sicurezza previsti; un’altra è riuscire a riprodurre sperimentalmente tutte le condizioni che potrebbero verificarsi nel corso di due secoli di esercizio.
I cavi principali saranno sottoposti permanentemente ad una elevata tensione media, alla quale si sommeranno continuamente piccole variazioni determinate dal transito di automobili, mezzi pesanti e treni, dal vento, dalle variazioni di temperatura, dalle vibrazioni e dai cambiamenti della geometria globale della struttura. Ed è proprio nelle zone più delicate, come selle delle torri, selle di deviazione e fasce dei cavi, che possono interagire nel tempo fenomeni differenti: attrito, microslittamenti, corrosione, flessione locale e redistribuzione dei carichi.
Quattro cavi giganteschi con oltre 44mila fili ciascuno
I numeri aiutano a comprendere la scala eccezionale della struttura. Il progetto prevede quattro cavi principali, ciascuno con un diametro di circa 1,26 metri. Ogni cavo sarebbe costituito da 349 fasci prefabbricati da 127 fili, per un totale di 44.323 fili d’acciaio zincato per ciascun cavo. La tensione media indicata nello studio è nell’ordine degli 820 MPa, un valore significativo rispetto alla resistenza ultima degli acciai ad alta resistenza utilizzati per questi sistemi.
Il progetto utilizza norme NTC ed Eurocodici, prevede verifiche per traffico, vento, sisma ed eventi eccezionali e adotta sistemi di protezione basati su zincatura, rivestimenti e deumidificazione. Lo stesso autore sottolinea esplicitamente che questi elementi costituiscono una solida base progettuale globale e non vengono messi in discussione dall’analisi. Il problema individuato è molto più specifico: quanto sia possibile dimostrare oggi il comportamento a lunghissimo termine dei cavi rispetto alla fatica da contatto.
Cos’è il “fretting fatigue” e perché può diventare decisivo
La parola chiave dello studio è fretting. Il fenomeno si verifica quando due superfici fortemente a contatto subiscono piccolissimi spostamenti relativi ripetuti milioni di volte. Non servono grandi movimenti. Sono sufficienti microslittamenti che, combinati con la tensione elevata del materiale, possono favorire l’innesco di piccole cricche. La letteratura scientifica citata nello studio mostra che il fretting può ridurre significativamente la resistenza a fatica degli acciai e che l’effetto dipende da numerosi fattori: pressione di contatto, ampiezza dello scorrimento, tensione media, materiale, geometria ed ambiente.
Il problema, per il Ponte sullo Stretto, è soprattutto la scala temporale. I test tradizionali permettono di analizzare milioni di cicli, mentre un’infrastruttura progettata per uno o due secoli può trovarsi di fronte a decine o centinaia di milioni di sollecitazioni, con alcune componenti che potrebbero avvicinarsi addirittura all’ordine del miliardo di cicli. Secondo lo studio, per i fili zincati ad alta resistenza impiegati nei grandi ponti non è stata ancora dimostrata, nelle effettive condizioni di esercizio, la permanenza di una vera soglia di resistenza al fretting nell’intervallo tra 10^8 e 10^9 cicli.
Perché non basta fare un test gigantesco per 200 anni
La questione ha anche un limite pratico quasi insuperabile. Un test su una grande porzione di cavo e sulla relativa sella, eseguito a frequenze realistiche, richiederebbe anni per arrivare a 100 milioni di cicli e potenzialmente decenni per avvicinarsi al miliardo. Accelerare drasticamente la prova non risolve automaticamente il problema, perché aumentando troppo la frequenza cambiano anche le condizioni fisiche: possono variare riscaldamento, attrito, usura, inerzia e distribuzione dinamica dei carichi.
Le prove ultrasoniche utilizzate in laboratorio su campioni piccoli possono raggiungere frequenze molto elevate, ma non possono essere semplicemente trasferite a una struttura di diverse tonnellate e dimensioni metriche. Per questo, sostiene Ciavarella, una prova realistica dell’intera vita dei cavi non è materialmente praticabile. I test su larga scala restano essenziali, ma devono essere utilizzati per validare il comportamento strutturale e poi collegati a modelli di estrapolazione capaci di proiettare i risultati verso durate molto maggiori.
Lo studio: “100 anni più vicini all’esperienza attuale, 200 molto più impegnativi”
Uno dei passaggi più interessanti dell’analisi riguarda proprio il confronto tra 100 e 200 anni. Lo studio evita una contrapposizione semplicistica. Neppure una durata di 100 anni può essere dimostrata letteralmente attraverso un test che riproduca tutti i cicli corrispondenti a un secolo di utilizzo. Tuttavia, questo orizzonte dispone di una base scientifica e storica più ampia. Le norme europee considerano infatti 100 anni come durata indicativa per strutture monumentali e ponti di eccezionale importanza, mentre esiste già un’esperienza pluridecennale e in alcuni casi secolare relativa ai grandi ponti sospesi.
Per i 200 anni, invece, il salto è molto più consistente. Non soltanto raddoppia il tempo: aumenta l’esposizione alle componenti meno conosciute delle curve di fatica, alle variazioni ambientali, ai cambiamenti del traffico e dell’utilizzo dell’opera e alla possibile comparsa di difetti molto rari. Lo studio osserva inoltre che l’esperienza operativa dei moderni sistemi di deumidificazione dei cavi è misurabile nell’ordine di alcuni decenni, non di secoli.
Un ponte di 200 anni dovrebbe essere “verificato” per tutta la sua vita
Qui emerge la proposta più rilevante del lavoro. La durata di 200 anni, secondo Ciavarella, non dovrebbe essere interpretata come una proprietà che possa essere certificata una volta per tutte prima dell’apertura dell’opera. Dovrebbe invece essere considerata come un obiettivo progettuale a lungo termine, continuamente supportato e aggiornato attraverso le informazioni raccolte durante la vita del ponte. Il concetto prende spunto, pur con importanti differenze, dall’approccio adottato in campo aeronautico, dove la sicurezza delle strutture non dipende soltanto dalla resistenza iniziale ma anche dalla capacità di individuare e gestire nel tempo l’eventuale sviluppo del danno.
Nel caso dei cavi di un ponte la situazione è differente, perché una microcricca presente all’interno di un fascio compatto di migliaia di fili non è facilmente osservabile. Il parametro realmente monitorabile diventa allora soprattutto la comparsa di eventuali rotture dei singoli fili e la loro distribuzione. a sicurezza dovrebbe quindi poggiare sulla enorme ridondanza del sistema, sul monitoraggio acustico, sulle ispezioni, sul controllo dell’umidità interna dei cavi e sulla periodica verifica della resistenza residua.
Il vantaggio della ridondanza: la rottura di un filo non significa cedimento del cavo
Lo studio evidenzia anche un aspetto fondamentale per evitare interpretazioni allarmistiche. Ogni cavo contiene oltre 44mila fili. La rottura di un singolo elemento non comporterebbe dunque la perdita dell’intero percorso resistente. Un cavo parallelo possiede una enorme ridondanza e la forza può redistribuirsi tra i fili circostanti. La vera questione diventa capire quanti fili possano eventualmente rompersi, dove siano concentrate le rotture e quale capacità residua mantenga il sistema. È per questo che l’autore propone una filosofia basata non soltanto sul calcolo della vita teorica del singolo filo, ma sulla sicurezza complessiva del cavo come sistema.
Deumidificazione fondamentale, ma non risolve da sola il fretting
Tra i principali strumenti di protezione figura la deumidificazione interna dei cavi, già adottata nei moderni ponti sospesi. Mantenere una bassa umidità relativa permette di limitare fortemente i fenomeni di corrosione, uno dei principali nemici dei fili d’acciaio nel lungo periodo. Tuttavia, lo studio precisa un aspetto importante: la deumidificazione combatte soprattutto la corrosione e quindi uno dei fattori in grado di accelerare la fatica, ma non elimina direttamente il fenomeno del fretting. Per questo motivo il sistema di controllo dell’umidità dovrebbe essere considerato parte integrante della strategia di sicurezza strutturale, con affidabilità, ridondanza e possibilità di manutenzione garantite nel lunghissimo periodo.
Il confronto con i grandi ponti esistenti
L’analisi prende in considerazione anche l’esperienza dei grandi ponti sospesi già in esercizio. Il Forth Road Bridge, ad esempio, ha fornito una quantità importante di dati attraverso l’esame di numerosi fili estratti dopo decenni di utilizzo. Sono stati osservati fenomeni di corrosione, fatica e interazione con l’ambiente. Anche altri ponti storici mostrano che i grandi cavi paralleli possono continuare a funzionare per periodi molto lunghi, ma spesso con materiali, livelli di tensione, sistemi di protezione e carichi molto differenti rispetto a quelli previsti per Messina. La conclusione dello studio è quindi prudente: l’esperienza esistente conferma la robustezza dei sistemi multifilo, ma non può essere automaticamente trasferita a un ponte con una campata di 3.300 metri, traffico ferroviario e materiali moderni ad altissima resistenza.
Ponte sullo Stretto, la conclusione dello studio sui 200 anni
Il passaggio conclusivo del lavoro sintetizza in modo molto netto il risultato dell’analisi. Lo studio non sostiene che il Ponte sullo Stretto non possa durare 200 anni. Anzi, riconosce la presenza di grandi margini statici, elevata ridondanza, protezione dalla corrosione e possibilità di monitoraggio continuo. La questione è differente: con le conoscenze e i sistemi sperimentali disponibili oggi, non è possibile dimostrare in anticipo attraverso test di fatica equivalenti l’intera durata di 200 anni.
Per Ciavarella, un orizzonte di 100 anni è maggiormente coerente con l’esperienza storica e con il quadro delle norme attuali, pur restando anch’esso dipendente da condizioni, controlli e manutenzione. L’obiettivo dei 200 anni richiede invece una verifica progressiva durante l’intera vita dell’opera attraverso test rappresentativi, modelli scientificamente validati, controllo della corrosione, rilevazione delle rotture dei fili e periodiche rivalutazioni strutturali. La risposta finale alla domanda posta dallo stesso titolo dello studio è dunque articolata: il ponte può durare 200 anni, ma le attuali evidenze sulla fatica da fretting non consentono di dimostrare oggi quella durata in anticipo. La sua validità dovrà essere progressivamente confermata dai dati raccolti durante l’esercizio dell’infrastruttura.
Vuoi ricevere le notifiche sulle nostre notizie più importanti?