Analisi del tiro ai cavi in condizioni statiche

di ing. Saverio Arcuraci

Dopo oltre dieci anni dalla messa in liquidazione della società Stretto di Messina voluta dal governo Monti, si torna a parlare di Ponte, tutta la macchina si è rimessa in moto, il CTS è stato nominato, si resta quindi in attesa che il progetto esecutivo veda la luce.

Uno dei dibattiti più accesi relativamente all’opera di che trattasi, riguarda la fattibilità della stessa, in quanto capita di sentire o leggere commenti di coloro che credono che il ponte non riuscirebbe a reggere neanche se stesso. Come dire che le decine di specialisti che ci hanno lavorato (a partire dal grandissimo Ing. William Brown) hanno solo perso il loro tempo e che non sapessero ciò che facevano… Ma vediamo come funziona un ponte sospeso.

Un ponte sospeso è un’opera costituita da un impalcato sostenuto da cavi verticali (i pendini) i quali sono a loro volta ancorati a dei cavi principali. Questi ultimi vengono tenuti in posizione dalle torri, che nel caso di campata unica,  sono due. Affinché tutto il sistema stia in equilibrio, sono necessarie delle campate di ancoraggio laterali, che consentono di assicurare i cavi a dei blocchi (detti appunto, blocchi di ancoraggio) in calcestruzzo armato opportunamente dimensionati. Inutile dire che i cavi principali sono gli elementi basilari di tale opera, i più sollecitati e quindi, i più attenzionati.

Quindi, tornando alla domanda iniziale, il ponte in condizioni statiche, riuscirebbe a reggere almeno se stesso?

Per rispondere è necessario calcolare il tiro ai cavi, e questo dipende dalle masse in gioco, ovvero, peso dell’impalcato a cui si somma il peso dei cavi, che sono due per lato, quindi quattro.

Il calcolo prevede delle ipotesi iniziali, ovvero, i cavi vengono trattati come una curva del secondo ordine, ci troviamo quindi di fronte ad una parabola. Partendo dai dati iniziali su masse e geometrie, si devono utilizzare delle formulazioni di letteratura per le quali, per non appesantire l’articolo, viene omessa la dimostrazione, fornendo solo il risultato finale:

Tm rappresenta il tiro massimo  in cima alla torre. Noto il carico massimo, facendo il rapporto con l’area della sezione del cavo, si ottiene il valore della tensione a cui esso è soggetto

Una sintesi, necessaria per lo svolgimento dei computi, delle caratteristiche geometriche e dell’acciaio usato sul ponte sullo Stretto di Messina, è schematizzata nell’immagine che segue, ricavata da un foglio di calcolo excel:

Il dato più rilevante è la tensione di snervamento dell’acciaio, è un valore di estrema importanza, che in esercizio non deve mai essere raggiunto, pena lo snervamento del cavo che causa deformazioni permanenti, nonché degrado delle prestazioni meccaniche. I cavi del ponte sono progettati con acciai con tensione allo snervamento superiori a 1.350 Mpa.

A seguire i risultati  delle prove di carico statiche (per statiche si intendono in assenza di vento o sollecitazioni esterne), prima considerando il solo peso della struttura, e poi ipotizzando un carico da collaudo. I risultati ottenuti sono i seguenti:

Orbene, si ricava una tensione al cavo, a ponte scarico, di 826,73 Mpa, valore assai lontano dai 1350 Mpa di snervamento, quindi il ponte regge tranquillamente se stesso.

Ipotizzando invece un carico da collaudo, come segue:

si ottiene una tensione al cavo di 1049,3 Mpa.

Si deve sottolineare il fatto che tutti carichi considerati, sono stati amplificati con coefficienti parziali di sicurezza pari a 1,35 (cioè si incrementano del 35%, appunto, per motivi di sicurezza).

Inoltre le condizioni di carico da callaudo ipotizzate, in realtà, non si possono mai verificare, in quanto sono stati considerati i 3300 metri di impalcato completamente saturi di mezzi rotabili.

Questa situazione non può mai presentarsi, in quanto, per ragioni di sicurezza, le linee ferroviarie sono suddivise in sezioni di blocco con lunghezza media di due km, entro le quali può circolare un solo treno.

Per i mezzi sulle corsie stradali sono stati utilizzati autocarri a quattro assi di massime dimensioni e massimo carico consentiti dal codice della strada (12 metri per 32 Ton. ciascuno) posti ad un passo di un metro l’uno dall’altro.

Dunque…. il ponte regge se stesso abbiamo detto, ed anche con il suo carico viaggiante, abbiamo finito quindi? Naturalmente no, perché come accennato all’inizio, lo scopo di questo articolo era dimostrare analiticamente che il ponte in condizioni statiche regge se stesso, smentendo le varie dicerie che spesso sentiamo in giro o leggiamo sui social. Ma logicamente, il ponte è una struttura tutt’altro che statica, anzi, nell’ambito dell’ingegneria civile non esiste nessuna struttura flessibile e dinamica come un ponte sospeso. Per questo motivo è stato indispensabile eseguire studi, sia in galleria del vento che tramite simulazioni numeriche, per ricavare la risposta ai venti ed alle azioni sismiche. Si è dovuto inoltre valutare il comportamento dell’acciaio per milioni di cicli di carico. Tutto ciò è stato fatto, ha richiesto decenni di lavoro, i migliori professionisti e le migliori gallerie del vento del mondo. L’impalcato tricassone del ponte sullo Stretto è un esempio ammirato ed imitato ovunque.

Leggeremo tutti i dettagli nel progetto esecutivo, non manca molto ormai.

Ci vediamo sul ponte.