Lo studio dell'ingegnere Marco Peroni, secondo il quale il Ponte di Messina resisterebbe senza problemi ai venti e ai sismi. Qualche dubbio sul percorso ferroviario

Il ponte sullo Stretto di Messina quando e se verrà realizzato, sarà un’opera straordinaria, frutto di decenni di ricerche e progetti, man mano modificati e migliorati per raggiungere un elevato standard di servizio e costruzione.

Tutte le soluzioni di attraversamento sono state vagliate, ciascuna con i suoi pro e contro, e alla fine ha prevalso quella di un attraversamento aereo a una singola campata, con le torri disposte a terra sul continente e sull’isola sicula.

Riguardo ai livelli di sicurezza, si è scelto di adottare “periodi di ritorno” estremamente elevati sia per gli stati limite di servizio (deformazione e percorribilità) – portati a duecento anni – sia per le azioni più rilevanti sul ponte (vento e sisma), di cui sono stimati duemila anni come periodo di ritorno.

Il tracciato dell’attraversamento è stato studiato con più varianti possibili nella zona di minor distanza tra la Sicilia e il continente, valutando opzioni diverse tra le soluzioni a più campate oppure con pile in acqua o meno. Per il rapporto freccia/luce (è un dato importante per i ponti di grande luce, al fine di minimizzare il peso dei cavi portanti e la loro rigidezza in relazione all’altezza delle torri) si è scelto un rapporto di 1/11, che non è stato mai messo in discussione neanche durante i progetti esecutivi della fase di gara di appalto.

Il profilo navigabile ha richiesto un passaggio di 65 metri di luce netta sotto l’impalcato e due zone laterali di 50 metri di altezza (tuttavia, oggi le grandi navi da crociera sono alte anche 75 metri).

Riguardo il giunto sismico con le sponde, che sono soggette anche ai movimenti delle faglie, il problema è stato rimandato a studi più approfonditi in occasione del progetto esecutivo ma è stato in prima battuta previsto un giunto di circa 8 metri.

Le linee essenziali dell’opera di attraversamento sono esplicate nel progetto preliminare, che conferma la scelta fondamentale di costruire il ponte sospeso a campata unica con una lunghezza pari a 3300 metri, cioè con la luce centrale più lunga del mondo.

L’impalcato avrà una lunghezza complessiva di 3666 metri, tenuto conto della luce delle due campate laterali sospese, e una larghezza di 60 metri. Sarà costituito da tre cassoni, di cui due laterali per la piattaforma stradale e uno centrale per la piattaforma ferroviaria. La sezione stradale dell’impalcato sarà composta da tre corsie per ogni carreggiata (due corsie di marcia e una di emergenza), ciascuna di 3,75 metri, mentre la sezione ferroviaria sarà composta da due binari con due marciapiedi laterali percorribili a piedi.

L’altezza delle due torri è stata fissata a 382 metri, per consentire un franco navigabile minimo di 65 metri di altezza – in presenza delle massime condizioni di carico; la quota di attacco a terra in Sicilia è stata abbassata di 11 metri, con elevati benefici in termini di impatto ambientale.

Il sistema di sospensione del ponte sarà assicurato da due coppie di cavi di acciaio, ciascuno del diametro di 1,24 metri e una lunghezza totale tra gli ancoraggi pari a 5300 metri.

Il ponte sarà in grado di resistere senza danni a un sisma corrispondente al grado 7,1 della scala Richter (più severo del devastante terremoto che colpì Messina nel 1908) e di affrontare, grazie alle proprie caratteristiche aerodinamiche, venti con velocità superiore a 216 km/h.

L’IMPALCATO

Avendo delegato tutta la resistenza aerodinamica all’impalcato, questo è stato attentamente studiato, ponendo le basi per essere in seguito “copiato” (i recenti impalcati come quello del Ponte Canakkale in Turchia, oggi il più lungo al mondo, vengono chiamati impalcati “alla Messina”) su ponti realizzati in tempi recenti. Per minimizzare l’impatto al vento, l’altezza massima del cassone è stata fissata a 2,20 metri per il cassone ferroviario centrale. Si tratta dell’altezza minima possibile richiesta per rendere ispezionabile la struttura. I cassoni stradali avranno invece un’altezza di 2,80 metri; saranno sagomati per conformare aerodinamicamente l’impalcato e sono stati opportunamente calcolati e dimensionati per garantire una rigidezza torsionale ottimale. I traversi a cui i tre impalcati sono fissati sono, di fatto, grandi travi appoggiate ai pendini. La distanza tra questi traversi è stata oggetto di studi approfonditi: l’intersezione tra i cassoni e queste travi potrebbe comportare problemi di saldatura e connessione, complicazioni non indifferenti di cui si è cercato di minimizzare l’effetto aumentando l’interasse. La distanza ottimale è stata fissata a 30 metri e questo comporterà un traverso largo 4 metri che varia in altezza tra 1,3 e 4,7 metri, formato da piatti in acciaio il cui spessore varia da 12 a 24 mm.

Gran parte dell’acciaio utilizzato per l’impalcato sarà di tipo S355 ML (tensione a rottura pari >450 N/mm2). Il peso totale dell’acciaio utilizzato per l’impalcato sarà di circa 55.000 t, per un peso totale di 23 t/m.

EFFETTI DEL VENTO E DEL SISMA

Il ponte sullo Stretto di Messina sarà aperto 365 giorni l’anno 24 ore su 24, senza alcuna interruzione di traffico a causa del vento. Questo dovrà essere garantito dalla sua stabilità intrinseca e dall’adozione di speciali barriere antivento che consentano un regolare scorrimento del traffico anche in presenza di forti raffiche.

Per quanto riguarda la stabilità, il ponte, definito come “disegnato dal vento”, presenterà un profilo alare con caratteristiche aerodinamiche che gli consentiranno di resistere a venti con velocità superiore a 216 km/h, anche se in oltre vent’anni di monitoraggi eolici effettuati da un centro meteo locale specializzato non è mai stata registrata una velocità di vento superiore ai 150 km/h. Anni di studi in galleria del vento hanno permesso di portare il comfort di attraversamento e la stabilità a livelli ottimali, sia in presenza di venti medio-bassi sia forti.

Per quanto riguarda il sisma, i ponti sospesi sono tendenzialmente poco sensibili ai terremoti: infatti la configurazione strutturale conferisce loro una sorta di “isolamento” naturale, che deriva dall’estraneità delle frequenze tipiche delle sollecitazioni sismiche (forzanti che si sviluppano nell’ordine di tempo di frazioni di secondo) rispetto alla possibilità fisica delle strutture di vibrare (periodi di alcuni secondi e decine di secondi). Ne ha dato prova evidente il ponte giapponese Akashi, investito dal devastante sisma di Kobe (gennaio 1995; grado 7,2 della scala Richter, con epicentro proprio in corrispondenza del ponte), che lo ha sopportato brillantemente senza risultarne danneggiato.

Il Ponte sullo Stretto è stato progettato per resistere a un terremoto “estremo” con magnitudo pari a 7,1 della scala Richter (la massima registrata in Italia) con l’ipocentro posto a circa 15 km dal ponte.

Un sisma di questa portata è un evento davvero raro. Nel progetto del ponte sullo Stretto è stato appurato che in caso di un evento sismico grave le strutture rimarrebbero integre (reagendo in campo elastico), con prestazioni migliori di quelle previste dalle specifiche progettuali, che ammettono danni parziali in caso di un terremoto con magnitudo elevata. Il ponte avrebbe quindi un margine di affidabilità oltre la soglia progettuale prevista.

Il potenziale sismogenetico dell’area dello Stretto non è comunque in grado di generare terremoti di magnitudo sensibilmente più elevata di quella stabilita per il progetto. Inoltre, le infrastrutture di collegamento al ponte sullo Stretto, viadotti e gallerie, sono progettate, secondo i termini di legge, con i più avanzati criteri antisismici.

Studi sull’allontanamento delle coste di Sicilia e Calabria Riguardo agli spostamenti tettonici lenti (l’allontanamento delle coste), autorevoli studi condotti per oltre vent’anni da diversi Enti con tecniche tradizionali e satellitari hanno concluso che nella zona dello Stretto non sono in atto deformazioni significative. In ogni caso, anche l’ultimo studio prodotto da Enea a riguardo afferma che gli spostamenti che potrebbero avvenire tra i piloni del ponte determinerebbero solo piccole variazioni e sono “estremamente ininfluenti ai fini della stabilità dell’intera struttura” (studio di Enea).

DUBBI E VALUTAZIONI DI POSSIBILI ALTERNATIVE

La costruzione del ponte sullo Stretto di Messina è stata sospesa poco dopo avere assegnato il progetto esecutivo al gruppo vincitore Eurolink, che comprende, tra le altre, Impregilo (ora Webuild) e Cmc di Ravenna. Gli ultimi Governi che si sono succeduti in Italia e la crisi che ha colpito il Paese dal 2008 hanno concorso al progressivo abbandono del progetto, considerato non più prioritario per lo sviluppo del Mezzogiorno. Ora con il nuovo governo Meloni il ponte sembra tornato “di moda” almeno nelle dichiarazioni dei politici anche se è già successo che alle dichiarazioni non siano poi seguiti fatti reali.

Oltre alle ragioni politico ed economiche che hanno motivato il momentaneo arresto del programma, il progetto del ponte ha da sempre portato con sé una serie di criticità e dubbi dovuti in gran parte a un naturale scetticismo di fronte a un’opera tanto eccezionale.

Parte delle perplessità sono state fugate, a dire il vero, dalle tante istituzioni tecniche che hanno dato credibilità ai risultati raggiunti – pensiamo a Cowi, Parsons e al gruppo Rina Consulting che hanno provveduto alla validazione del progetto.

Ne rimangono alcune, soprattutto legate all’operabilità del percorso ferroviario rispetto alle azioni del vento (ricordiamo a tale proposito che il ponte ferroviario più lungo al mondo è di 1370 metri di luce libera) ed è su questo tema che Marco Peroni ha, negli anni, basato la gran parte delle sue ricerche.

È infatti dal 2005 che lo studio Marco Peroni Ingegneria continua a elaborare idee e compiere studi e ricerche appassionate, allo scopo di esplorare nuove possibilità in materia di ponti sospesi, superando gli schemi tradizionali soprattutto nel caso di grandissime luci libere. I sistemi strutturali a cui Peroni si riferisce in queste nuove proposte – che sono state presentate e pubblicate in tutto il mondo – si riferiscono in pratica a delle elaborazioni del concetto tensostrutturale che già Sergio Musmeci aveva proposto nel suo progetto vincitore del concorso Anas del 1969.

Tralasciamo in questa sede le proposte più estreme che si basano su soluzioni a reti di funi disposte a paraboloide iperbolico probabilmente applicabili a luci ancora più grandi di quelle di Messina (Peroni ha fatto una proposta per spostare l’attraversamento più verso la città con un ponte di 5000 metri di luce libera che sarebbe possibile applicando questo sistema strutturale) che possiamo trovare dettagliatamente descritte nel libro.

Nel 2022 Marco Peroni ha collaborato con l’Università di Bologna come correlatore a due interessanti tesi di Laurea riguardanti la valutazione dell’efficienza di una ipotetica installazione di funi stabilizzanti al di sotto dell’impalcato del ponte approvato in gara.

Partendo dall’analisi della soluzione proposta in appalto, che è stata quindi in un certo senso “validata” con un modello completo al computer, si è poi modificato il modello inserendo due funi stabilizzanti simmetriche al di sotto dell’impalcato con diverse inclinazioni per valutarne sia la risposta statica che quella dinamica all’azione del vento.

Le varie analisi hanno preso in considerazione sia la diversa disposizione delle funi stabilizzanti considerandole o in verticale, in orizzontale oppure inclinate (come previde di fare Musmeci nella sua proposta) che la variabilità del diametro delle funi e del livello di pretensione.

Dal punto di vista statico si è rilevato come l’inserimento delle funi controventanti fornisce grande contributo a diminuire lo spostamento orizzontale del ponte sotto il vento statico di progetto.

Con le funi stabilizzanti caricate con pretensione (calcolata sul massimo valore assegnabile alla fune in funzione della sua sezione e della resistenza massima dell’acciaio utilizzato) si arriva a ridurre le deformate orizzontali dell’impalcato di oltre il 50% – quindi nell’ordine dei 4 metri rispetto ai circa 10 metri ricavati in mezzaria nel caso del ponte in appalto.

Dal punto di vista dinamico sappiamo come sia importante che le frequenze verticali e torsionali siano il più possibile disaccoppiate e lontane tra loro. Nel caso del ponte in appalto si ha un rapporto tra frequenza torsionale e verticale di circa 1.2.

La presenza delle funi inferiori sembra essere meno efficace sulla divaricazione tra le frequenze che non si allontanano troppo dal valore di riferimento. Ma questa analisi è un po’ più sensibile e complessa rispetto a quella statica e necessiterà di un approfondimento che stiamo a tutt’oggi ancora facendo in ufficio al riguardo. Anche la stessa configurazione e inclinazione delle funi stabilizzanti (se porle per esempio su un piano o meno) può essere determinante sul comportamento dinamico del ponte e altre indagini saranno ancora fatte al riguardo nel proseguo del prossimo anno.

CONCLUSIONI

In conclusione, sembra quindi che le eventuali migliorie al progetto possano essere fatte a scapito di un impegno economico maggiore e quindi alla fine il responso sul progetto anche da parte di un osservatore esterno agli organi istituzionali come può essere il nostro ufficio è positivo.

Purtroppo le lungaggini burocratiche hanno fatto sì che le innovazioni che il progetto del ponte di Messina si portava in grembo (come abbiamo detto in particolare quelle sull’impalcato) sono state man mano nel tempo utilizzate da altri grandi progetti ultimo dei quali quello Cannakkale in Turchia (che attraversa lo Stretto dei Dardanelli con una campata libera di 2023 metri) che è oggi il più lungo del mondo.

Rimane la sua luce libera di 3300 metri, 2 km in più del più lungo ponte ferroviario sospeso che avvalorerà ancora di più le intuizioni che i nostri progettisti negli anni hanno avuto, ma questo lo vedremo solo quando il ponte sarà finalmente costruito.

Riprendiamo in questo articolo alcuni passi salienti tratti dal libro Ponti Sospesi: storia tecnologia e futuro scritto da Marco Peroni e pubblicato a dicembre 2022 da Silvana Editoriale.

Il libro illustra il sistema costruttivo del ponte sospeso analizzandolo per prima cosa nel suo percorso storico focalizzandosi sull’aspetto della sua resistenza all’azione del vento e di come, negli anni, sia stata affrontata questa problematica.

Viene trattato estesamente, negli ultimi capitoli, il tema dell’attraversamento dello Stretto di Messina che dovrebbe (ma il condizionale è d’obbligo visti i precedenti…) tornare di attualità nei prossimi anni.

Infine, completano l’opera (per gli addetti ai lavori o comunque per gli interessati ad approfondire il tema anche dal punto di vista scientifico) una serie di appendici riguardanti cenni di calcolo statico e dinamico dei ponti sospesi. Il testo è impreziosito con due importanti contributi di Enzo Siviero ed Alessandra Zanelli.