Come funzionerebbe il Ponte sullo Stretto di Messina? Ecco l’analisi del progetto ufficiale

Di recente si è tornati a parlare della possibilità di realizzare un collegamento viario tra Sicilia e Calabria, cioè la costruzione di un ponte, il cosiddetto Ponte sullo stretto di Messina, che consenta la fruizione di traffico veicolare e ferroviario – eliminando il problema legato alla connessione tra la penisola e la Sicilia. Pare che il Ponte sullo Stretto sia una delle possibili priorità dell'attuale Ministero delle Infrastrutture. Ma perché se ne parla sempre così tanto e poi alla fine tutto sfuma? Potrebbe essere davvero così complicato costruirla?

Diverse soluzioni progettuali sono già state studiate in passato, per saggiare l'effettiva fattibilità dell'opera in ragione dei vincoli geometrici e fisici dettati dagli ambienti attraversati. Molte poi sono state scartate e, nel dibattito centrale, resta viva la possibilità di realizzarne una di queste. La localizzazione ipotizzata riguarderebbe una zona prossima al tratto più stretto di separazione tra Sicilia e penisola, ovvero tra Punta Pezzo (Villa San Giovanni, RC) e Ganzirri (Messina, ME). Tuttavia, per effetto dell'innesto sulle reti autostradali e ferroviarie esistenti, l'intera infrastruttura arretrerebbe leggermente nella zona di Piale (Villa San Giovanni, RC), per innestarsi in zona Curcuraci (Messina, ME) dall'altra parte della sponda. Come conseguenza, lo sviluppo complessivo dell'infrastruttura attualmente stimato arriverebbe a circa 22 km, secondo le stime degli attuali documenti Ministeriali.

In questo articolo, partendo dalla genesi, affrontiamo lo studio del progetto attuale e delle principali sfide tecniche associate al suo funzionamento.

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Tunnel o ponte?

Se oggi si dovesse pensare di attraversare un corso d'acqua di dimensioni consistenti, si potrebbe ricorrere principalmente a due distinte famiglie di soluzioni:

• la prima soluzione prevede la realizzazione di un sistema strutturale "classico", che scavalchi le acque tramite la costruzione di un ponte;
• la seconda soluzione prevede la realizzazione di un tunnel, che potrebbe poi essere eventualmente sommerso in acqua (soluzione "innovativa") oppure interrato sotto il fondale (una "galleria", ma un poco più complicata!).

Il ponte deve reggersi principalmente grazie alla sua resistenza e capacità di trasferire i carichi alle strutture di fondazione. Il tunnel interrato (sub-alveo) lavora a diretto contatto con il terreno e interagisce strutturalmente con esso. Invece, un tunnel sommerso in acqua si serve dell'aiuto della spinta idraulica quando risulta per l'appunto immerso (la spinta di Archimede). Mentre il ponte tenderebbe ad abbassarsi per effetto del proprio peso e di quello dei carichi agenti, il tunnel sommerso tenderebbe ad alzarsi, per effetto della controspinta fornita dall'acqua. La soluzione del tunnel sommerso (anche noto come SFT) è stata ed è attualmente oggetto di studio tecnico e scientifico. Tuttavia, per l'attraversamento dello Stretto di Messina, la soluzione progettuale con il maggiore stato di avanzamento risulta confinata alla costruzione di un ponte.

Lo schema strutturale di progetto

Tra i molti sistemi strutturali utilizzabili per l'attraversamento dello stretto, il ponte sospeso risulta essere lo schema statico ingegneristicamente più valido per le geometrie in gioco.
Il ponte sospeso è una particolare tipologia di struttura che basa il suo funzionamento sull'utilizzo di cavi in acciaio di considerevoli dimensioni a cui letteralmente si sospende l'impalcato del ponte. Visto il progetto del ponte e la struttura con importanti luci (cioè la distanza tra due piloni successivi), la scelta del ponte sospeso va ricercata in esigenze di natura prevalentemente statica/geometrica.

Esempi di ponti sospesi si possono trovare in tutto il mondo. Certamente il più iconico è il Golden Gate a San Francisco (nella figura di sopra), sebbene quello che detenga ad oggi il record mondiale di ponte più lungo al mondo è l'Akashi Kaikyo in Giappone (nella figura di sotto), con circa 2 km di impalcato sospeso. Quello che vale la pena notare in questa figura è l'elevata altezza dell'impalcato, fatto da queste travature reticolari enormi… tenetelo a mente!

Un ponte sospeso si compone principalmente dei seguenti elementi:

• L'impalcato, la struttura portante a servizio del traffico veicolare che corre dall'inizio alla fine del ponte;
• I pendini di collegamento tra l'impalcato e le funi principali, sono gli elementi che garantiscono la sospensione dell'impalcato;
• Le funi (o cavi) principali del ponte, sono gli elementi strutturali principali: una fune funziona come una semplice catena quando bloccata su due punti. A seconda dei carichi applicati, questa si dispone secondo una forma curva che ne ottimizza la resistenza. La forma del cavo cambia a seconda dei carichi che sono applicati sull'impalcato;
• I piloni, sono le gigantesche torri alla cui sommità troviamo uno degli ancoraggi delle funi;
• Le fondazioni, gli elementi che trasferiscono tutti i carichi al terreno sottostante.

Le principali "sfide" del progetto

Sono tre le principali sfide tecniche che il progetto di questa opera deve affrontare:

La luce della campata

La lunghezza del tratto sospeso (campata) rappresenta la sfida principale. Essa è spaventosamente più lunga di quella che attualmente detiene il record mondiale: 3300 metri circa rispetto ai 1900 metri dell'Akashi Kaykyo. Una luce grande comporta altezze dei piloni importanti. Nelle ipotesi di progetto questi arrivano fino a 400 metri di altezza. Non solo! All'aumentare della luce aumentano le dimensioni dei cavi principali (o il loro numero). Infatti, nel progetto ufficiale attualmente redatto, ne sono stati ipotizzati 4, contro i canonici 2 di solito utilizzati.

I problemi geologici e sismici

Il sito di costruzione risulta essere a notevole rischio sismico. Sebbene esistano ad oggi strutture similari in grado di resistere a violenti terremoti, non esiste ancora una struttura così ardita che ha confermato la sua effettiva robustezza nei confronti di simili scenari. Inoltre, proprio in corrispondenza dello stretto esiste una nota zona di estensione geologica: praticamente, Sicilia e Calabria si spostano relativamente tra loro ogni anno di qualche millimetro. Questo vuol dire che il ponte deve essere progettato in modo tale da assecondare questi spostamenti nel tempo. Ancora una volta, il problema è enfatizzato dalla presenza di una campata così lunga!
Per approfondire le motivazioni geologiche che rendono complesso questo progetto, ecco un video che abbiamo realizzato ad hoc:

Le azioni prodotte dai venti

L'effetto sollecitante prodotto dal vento anche è conseguenza delle importanti lunghezze di campata. Il rapporto tra l'altezza dell'impalcato e la lunghezza "libera" tra due piloni consecutivi misura la suscettibilità che la struttura ha a mostrare importanti fenomeni di interazione con l'aria in movimento (ecco perché l'Akashy Kaykyo è realizzato con questa travatura enorme!).
Nel progetto attualmente presentato, sono state proposte innovazioni per fronteggiare questo problema. In particolare, si è studiata una particolare forma della sezione di impalcato, cosiddetta a "cass0ne aerodinamico": si realizza la sezione resistente dell'impalcato in modo che assecondi quanto più possibile il flusso d'aria che la investe.

In questo modo, il vento trapassa la struttura senza generare forti azioni su essa, ma anzi stabilizzandola. Il concetto è simile a quello della progettazione dell'ala di un aereo, dove però viene ribaltata la sezione resistente (la pancia qui sta verso il basso): nel caso dell'aereo, l'aria deve generare "portanza" per far alzare in volo l'aereo. Nel caso del ponte, tutto al contrario. La forza di impatto risultante deve essere verso il basso, in modo che schiacci l'impalcato e lo mantenga stabile.

Non esiste ad oggi una struttura che ha già affrontato tali sfide. Questo rappresenta il motivo principale del diffuso scetticismo tecnico legato alla fattibilità dell'opera: sebbene tutto possa essere oggigiorno simulato con estrema realisticità, un modello numerico riproduce ciò che il modellatore inserisce come input. Se non si conosce l'esistenza di un fenomeno (perché magari non ne esiste ancora evidenza sperimentale), si corre il rischio di trascurare gli effetti che questo ha sulle strutture portanti.