Il progetto in corsa del Ponte sullo Stretto di Messina ha contribuito moltissimo alla divulgazione di informazioni tecniche relative al funzionamento di un ponte sospeso, dei suoi elementi principali e dei limiti che questa tecnologia ha attualmente mostrato con le ultime realizzazioni in tutto il mondo. Tra le informazioni più diffuse ci sono certamente quelle associate al comportamento sismico di una struttura così importante in un contesto a così alta pericolosità come quello dello Stretto di Messina, generando non poche discussioni e polemiche. Ciononostante, questa tipologia di strutture risulta in generale meno vulnerabile a eventi sismici rispetto a quanto siamo spesso portati a vedere e in questo articolo vogliamo sintetizzarne gli aspetti tecnici principali che portano spesso a definirle strutture auto-isolate.
Per capire il comportamento di un ponte sospeso sotto sisma dobbiamo prima fare un breve ripasso sul comportamento di una struttura nei confronti di un terremoto. Il terremoto è un evento fisico che genera degli spostamenti variabili nel tempo su una zona di territorio più o meno esteso. Le accelerazioni prodotte sono la causa della nascita delle forze di inerzia, le dirette responsabili delle oscillazioni delle strutture che ci circondano. Accade che, in determinati casi in cui le accelerazioni sismiche prodotte dallo scuotimento sono di entità significativa, le forze d'inerzia sono in grado far superare alla struttura i limiti di resistenza per cui essa è stata progettata, causando danni.
Non tutte le strutture però a parità di terremoto oscillano allo stesso modo. Questo è legato non solo alla forma, al materiale e all'altezza della struttura ma anche da uno specifico parametro fisico chiamato periodo proprio di vibrazione della struttura. Rappresenta una caratteristica intrinseca della struttura che non dipende dal terremoto ma ad esso si collega in modo naturale: dobbiamo immaginare la struttura come un oggetto che filtra o amplifica la risposta del terremoto a seconda del valore assunto da questo parametro.
Questo concetto è a sua volta correlato a quello di risonanza strutturale, ovvero quel fenomeno per cui data una causa esterna con particolari caratteristiche, la risposta osservata a questa causa tenderà a crescere nel tempo, amplificandosi. Dobbiamo quindi immaginare un terremoto come la causa esterna che, se per sfortuna ha determinati periodi di vibrazione, può mandare in risonanza la risposta strutturale. Ne consegue che strutture molto flessibili, con periodi propri maggiori rispetto a quelli tipici di un sisma, risentono meno in termini di effetti del terremoto. Su questo concetto, praticamente, si fonda la tecnica dell'isolamento sismico!
Da quanto emerso precedentemente, appare evidente che possono esserci strutture intrinsecamente protette dagli effetti di un terremoto, cioè quelle con periodi di vibrazione elevati. Il periodo proprio di vibrazione misura il tempo necessario alla struttura per svolgere un'oscillazione completa (cioè partire da un determinato punto e tornare indietro allo stesso punto di partenza). Un ponte sospeso è una struttura che per sua concezione risulta molto flessibile e snella, in cui la statica del sistema è praticamente garantita da una grossa fune di acciaio, "libera" di muoversi orizzontalmente ma tenuta in posizione dalle azioni verticali indotte dalla gravità. Per questa tipologia di strutture, periodi di vibrazione usuali suscettibili agli scuotimenti orizzontali (quelli di maggiore rilevanza durante un evento sismico) sono nell'ordine dei 3-4 sec, addirittura in alcuni casi si va oltre i 10 sec. È la struttura quindi che attrae le azioni sismiche, un po' meno il contrario.
Per analizzare velocemente quello che può succedere durante un terremoto ad una struttura di questo tipo, gli ingegneri fanno riferimento ad un grafico chiamato spettro di risposta del segnale. Guardiamo ad esempio lo spettro riportato qui di seguito e relativo ad uno degli ultimi eventi sismici dei Campi Flegrei. Immaginiamo che sull'asse orizzontale ci siano le strutture (più si va verso destra e più sono flessibili) e sull'asse verticale gli effetti prodotti dal terremoto (più sono alti, peggio è!). Si nota che questa funzione ha dei picchi alti in corrispondenza di un particolare range di periodi T, riportati sull'asse orizzontale, mentre tende a zero al crescere di T. Per fare un esempio molto semplice, con una casa ci troveremmo in quel range di amplificazione (il terremoto ha la forza di mandare la struttura in risonanza, che attrae quindi azioni sismiche importanti), mentre il ponte sospeso avvertirebbe valori di accelerazione davvero ridotti!
Il risultato finale quindi quale è? Che le azioni generate anche da un evento sismico di notevole entità risulteranno praticamente inferiori alle azioni indotte dal vento, ad esempio, o dal traffico veicolare. Quindi, il problema sismico viene di fatto bypassato perché non rilevante rispetto ad altre azioni naturali, che in questo caso diventeranno più gravose ai fini della progettazione strutturale.
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