Per contrastare la forza dei venti sul “ponte sullo stretto di Messina” sono state progettate diverse soluzioni aerodinamiche dal dipartimento di Meccanica “Galleria del Vento” del Politecnico di Milano.
Il report progettuale, presentato alla Camera e datato 15 giugno 2023, è stato stilato dal Prof. Ferruccio Resta, che è tra i più famosi ingegneri del nostro Paese. È stato rettore del Politecnico di Milano, ex presidente della Conferenza dei rettori italiani e attualmente ricopre il ruolo di presidente della Fondazione Politecnico di Milano e del Most, il Centro nazionale per la Mobilità sostenibile.
Il Prof. Resta ha condotto estese ricerche presso la “Galleria del Vento del Politecnico di Milano”, una delle più grandi e sofisticate al mondo. Utilizzando una struttura all’avanguardia, ha potuto simulare il comportamento del ponte in diverse condizioni di vento, valutando l’impatto delle raffiche e dei vortici sulla sua stabilità.
Il Ponte sullo Stretto è stato “studiatissimo”, oltre 10 anni di studi ma il ‘progetto definitivo’ è rimasto per il momento al lontano 2011. Il ponte, allora, come riporta la progettazione del politecnico, è stato messo a confronto anche con strutture similari, come il Ponte Akashi in Giappone. Grazie alla sua forma aerodinamica le forze sul Ponte di Messina sono 1/4 di quelle sul Ponte Akashi. La stabilità dipende dall’ottimizzazione dei coefficienti aerodinamici e dalla rigidezza strutturale del ponte stesso. Grazie alla soluzione multicassone del ponte di Messina la velocità critica è di circa 85 m/s (300 km/h), ben superiore alla velocità di progetto di 60 m/s.
Ottimizzazione aerodinamica
Grazie ai suoi studi, il Prof. Resta ha contribuito a ottimizzare il design del ponte dal punto di vista aerodinamico. La forma aerodinamica dei cassoni e l’utilizzo di appendici aerodinamiche sono stati studiati per ridurre al minimo le forze indotte dal vento e migliorare la stabilità del ponte.
Smorzamento strutturale: Il Prof. Resta ha inoltre studiato i meccanismi di smorzamento strutturale del ponte, ovvero la sua capacità di assorbire le vibrazioni indotte dal vento. Le sue ricerche hanno dimostrato che la geometria dei cassoni e la loro interazione con il vento possono aumentare lo smorzamento del ponte, migliorando ulteriormente la sua resistenza alle sollecitazioni aerodinamiche.
Risultati e impatto
Le ricerche del Prof. Resta hanno avuto un impatto significativo sul progetto del Ponte sullo Stretto di Messina. I suoi risultati hanno contribuito a:
Aumentare la sicurezza del ponte: La migliore comprensione degli effetti del vento ha permesso di ottimizzare il design del ponte per resistere a condizioni meteorologiche estreme.
Ridurre i costi di costruzione: L’ottimizzazione aerodinamica ha permesso di ridurre le dimensioni e il peso del ponte, con conseguenti risparmi sui costi di costruzione.
Accelerare il processo di approvazione: I risultati delle ricerche del Prof. Resta hanno fornito solide basi scientifiche per il progetto del ponte, facilitando il processo di approvazione da parte delle autorità competenti.
Il vento è uno degli elementi dimensionanti per i ponti di grande luce
Durante la progettazione vanno considerati gli effetti:
- Statici che determinano il carico eolico dal punto di vista del dimensionamento.
- Dinamici che invece contribuiscono a determinare la stabilità e la percorribilità.
- Eccitazione da distacco di vortici.
- Effetto del vento laterale sui veicoli.
Ottimizzazione del profilo aerodinamico
Sezione trasversale: La forma del ponte è stata studiata per ridurre al minimo la resistenza aerodinamica. Sono state valutate diverse sezioni, tra cui la forma a cassone con travi interne e diagonali, e la forma a traliccio. La sezione a cassone con travi interne e diagonali è risultata la più performante in termini di resistenza al vento.
Bordi arrotondati: Gli spigoli vivi del ponte sono stati eliminati e sostituiti con bordi arrotondati, che permettono di ridurre la turbolenza e la resistenza aerodinamica.
Aperture: Sono state studiate diverse configurazioni per le aperture nel ponte, come griglie e fori, per ottimizzare il flusso d’aria e ridurre la portanza aerodinamica.
Materiali
Acciaio ad alta resistenza: L’utilizzo di acciaio ad alta resistenza permette di realizzare una struttura più leggera e rigida, che è meno sensibile alle vibrazioni indotte dal vento.
Compositi: L’utilizzo di materiali compositi, come la fibra di carbonio, può ulteriormente ridurre il peso della struttura e migliorare la sua resistenza al vento.
Sistemi di smorzamento
Smorzatori ad inerzia: Questi smorzatori utilizzano masse inerziali per contrastare le vibrazioni del ponte. Sono posizionati in punti strategici della struttura e dissipano l’energia delle vibrazioni attraverso l’attrito.
Smorzatori viscosi: Questi smorzatori utilizzano fluidi viscosi per dissipare l’energia delle vibrazioni. Sono posizionati all’interno di cilindri e smorzano le vibrazioni attraverso il movimento del fluido.
Smorzatori a diaframma sintonizzati: Questi smorzatori utilizzano diaframmi flessibili per smorzare le vibrazioni a determinate frequenze. Sono particolarmente efficaci contro le vibrazioni indotte da venti periodici.
Effetto del vento sul traffico stradale e ferroviario
Lo studio delle barriere frangivento e delle barriere tra i cassoni, si legge nel progetto, permette inoltre di minimizzare l’effetto del vento laterale sul traffico ferroviario e stradale e di valutare la percorribilità sotto vento. La percorribilità – secondo il progetto – è poi garantita da sofisticati modelli di simulazione: modello a elementi finiti globale del Ponte e di dettaglio per le verifiche locali e modelli multibody del treno con una dettagliata descrizione del contatto in modo da definire con precisione le forze di interazione.
Non si rilevano, dal documento, dati aerodinamici in condizioni eccezionali di traffico pesante stradale e ferroviario.
Monitoraggio e controllo
Sensori del vento: Il ponte sarà dotato di una rete di sensori del vento che monitoreranno costantemente la velocità e la direzione del vento.
Sistema di controllo: Un sistema di controllo integrato utilizzerà i dati dei sensori del vento per regolare il comportamento del ponte. Ad esempio, il sistema può modificare la tensione dei cavi sospesi o attivare gli smorzatori per ridurre le vibrazioni indotte dal vento.
Oltre a queste soluzioni aerodinamiche, il progetto del ponte sullo Stretto di Messina prevede anche l’adozione di misure di protezione contro i venti estremi, come la chiusura del ponte al traffico in caso di condizioni meteorologiche avverse.
L’adozione di queste soluzioni aerodinamiche e di misure di protezione consentirà, secondo i progettisti, di realizzare un ponte sullo Stretto di Messina sicuro e resistente ai forti venti che caratterizzano la zona.
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