I I Ponti di grande luce: il caso dello attraversamento stabile dello stretto di Messina

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Albana Palmisano
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1 I I Ponti di grande luce: il caso dello attraversamento stabile dello stretto di Messina Giuseppe Muscolino Department of Civil Engineering, University of Messina, Messina, Italy Catania 5 giugno 2014

2 Principali riferimenti bibliografici 1/2 ANDERSEN J.E., ANDERSEN P.K., BORDONARO G., GABRIELE S., CHELI F., Messina Strait Bridge - Safety and Comfort Runability Analysis. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London BRANCALEONI F., DIANA G., FACCIOLI E., FIAMMENGHI G., FIRTH I.P.T., GIMSING N.J., JAMIOLKOWSKI M., SLUSZKA P., SOLARI G., VA-LENSISE G., VULLO E., The Messina Strait Bridge, A challenge and a dream. CRC Press/Balkema, The Netherlands, 2010, p BRANCALEONI F., FACCIOLI E., SCOLLARD C., VALENTE C., ZHU S., Messina Bridge - Seismic Response and Design. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London CABELLO V., MARCHESELLI P.P., ORDANINI S., PAGANI E., YAMASAKI Y., SORENSEN L.T., Messina Bridge Erection Procedures and their Structural Issues. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London DE NEUMANN S., ENCKELL M., ANDERSEN J.E., VULLO E., Messina Bridge - Structural Health Monitoring System. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London

, VULLO E., The Messina Strait Bridge, A challenge and a dream. CRC Press/Balkema, The Netherlands, 2010, p. 324. BRANCALEONI F., FACCIOLI E., SCOLLARD C., VALENTE C., ZHU S.

3 Principali riferimenti bibliografici 2/2 JENSEN H.P., LAUSTEN S., SØRENSEN L.T., ORDANIN S., Messina Strait Bridge Bridge Articulation. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London LARSEN A., DIANA G., POULIN S., ZASSO A., Aerodynamics of the Messina Bridge Deck Progetto Definitivo. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London POLK H., JENSEN L., SERZAN K.P., YAMASAKI Y., LAUSTEN S.,. KHAZEM D.A., Messina Strait Bridge - Suspended Deck. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London SCOLLARD C., KING C., KLEYMANN M., YAMASAKI Y., Messina Strait Bridge - Towers. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London WALKER C., FIRTH I.P.T., YAMASAKI Y., Messina Strait Bridge - Suspension System. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London

, LAUSTEN S.,. KHAZEM D.A., Messina Strait Bridge - Suspended Deck. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London 2011. SCOLLARD C., KING C., KLEYMANN M., YAMASAKI Y.

4 Classificazione dei ponti sospesi f d α = 0.5 L 1 L 0 Rapporto tra le luci : α = L L i i L 2 0 4

5 Brooklyn (New York, USA 1883) Golden Gate (San Francisco, USA 1937) stay stay Brooklyn - Rapporto tra le luci : α1 = α2 = Golden Gate - Rapporto tra le luci : α1 = α2 =

6 Akashi-Kaikyo (Kobe, Giappone 1991) Rapporto tra le luci : α1 = α2 = ,5 14,0 6

7 Il Ponte sullo stretto di Messina m m Rapporto tra le luci a) : m Main cables α = 0.34, α = m 4.70 m Road platforms m 7

8 Schema del sistema di sospensione 8

9 Azione del vento La scelta della forma dell impalcato è stata dettata da due fattori: a) Offrire maggiore stabilità all azione del vento; F b) Ridurne il peso L 35,5 m V M C F D 14,0 m m m 4.70 m 9

10 Aerodinamica: prove in galleria del vento Al fine di ottimizzare il profilo aerodinamico del ponte sono state programmate/eseguite delle prove aerodinamiche sull impalcato e sulla torre, nelle seguenti gallerie del vento: 1. Force Technology (Danimarca) modello 1/80 Deck 2. B.L.W.T. (Ontario Hydro Canada) modello 1/80 Deck 3. N.R.C. (Ottawa Canada) - modello 1/30 Deck 4. D.M.T. (Londra) modello 1/200 Torre 5. CIRIVE (Polimi) - modello 1/45 Deck I principali obiettivi delle prove aerodinamiche sono: a) Ottimizzazione della configurazione dell impalcato e delle torri; b) calcolo dei relativi coefficienti aerodinamici; c) verifica di stabilità e al distacco dei vorici; d) calcolo derivate di Flutter e ammettenza con metodo forzato. 10

11 Incidenza del peso sulle dimensioni Nel Progetto definitivo il peso dell impalcato è di circa 18 t/m e quello dei cavi 32 t/m. Ciò implica che un incremento di una ulteriore t/m per l impalcato produce un incremento del peso dei cavi di 1,78 t/m. Ciò ha comportato soluzioni innovative per la pavimentazione stradale e l armamento ferroviario. Multilayered resin mm Embedded rail Steel deck plate Schema pavimentazione stradale Schema armamento ferroviario Nell Akashi-Kaikyo bridge il peso dell impalcato è di circa 23 t/m e quello dei cavi 12 t/m. Ciò implica che un incremento di una ulteriore t/m per l impalcato produce un incremento del peso dei cavi di 0.52 t/m. 11

Ciò ha comportato soluzioni innovative per la pavimentazione stradale e l armamento ferroviario.

12 Azione sismica Periodo di Ritorno 50 years 400 years Picco accelerazione) 0.12 g 0.27 g Periodi propri significativi: Torri Impalcato 2000 years >> 2000 years I primi modi di vibrare, che coinvolgono principalmente i cavi e l impalcato, hanno periodi propri compresi tra i 10 ed i 20 s. In questo intervallo di periodi l azione sismica produce sulla struttura effetti praticamente trascurabili Gli elementi più sensibili all azione sismica sono: le torri, i viadotti di accesso al ponte ed i blocchi di ancoraggio g 0.64 g

cavi e l impalcato, hanno periodi propri compresi tra i 10 ed i 20 s.

13 Azione sismica m 35 m m m m m T = 3516 MN T = 3504 MN m m m m m W = 9235 MN W = 7776 MN m m 13

00 m T = 3516 MN T = 3504 MN +118.00 m 66.

14 Torri Lungo il Ponte Trasversalmente al Ponte Le sollecitazioni vanno ridotte mediante assorbitori 14

15 Tsunami m m m m m Fault for the Tsunami analysis 15

16 Effetti carichi verticali ed orizzontali 0.88 m 2.1 m Deformate orizzontali per il vento 2.2 m Deformate verticali per veicolo ferroviario mobile Deformata combinazione carichi verticali I notevoli spostamenti indotti dal vento e dai carichi mobili sottopongono a sollecitazioni cicliche i collegamenti tra le varie sottostrutture per cui sono di fondamentale importanza adeguate verifiche a fatica 16

notevoli spostamenti indotti dal vento e dai carichi mobili sottopongono a sollecitazioni cicliche i

17 Effetti carichi verticali ed orizzontali Longitudinal buffer Tower leg Main span Transversal buffer Roadway Girder Railway Girder Per i veicoli mobili l effetto del vento sul treno oltre che sul ponte rappresenta il problema più grave di percorribilità. Le TSI impongono un limite alla velocità del treno in funzione della velocità del vento Longitudinal buffer Tower leg Roadway Girder Effetto dei buffer idraulici 17

rappresenta il problema più grave di percorribilità.

18 Fatica e Corrosione Le verifiche a fatica hanno richiesto la modellazione totale e/o parziale del Ponte mediante sofisticati codici agli elementi finiti. Per ciascuno degli stati limite o di esercizio il calcolo la risposta è valutata considerando diverse condizioni di carico. Al fine di evitare condizioni ambientali che favoriscono l'insorgere e lo sviluppo di corrosione è necessario progettare un impianto di deumidificazione per tutti gli spazi interni e per il cavo principale. 18

Per ciascuno degli stati limite o di esercizio il calcolo la risposta è valutata considerando diverse condizioni di

19 Conclusioni Il Ponte sullo Stretto di Messina è una struttura che supera gli attuali confini della conoscenza e dell esperienza nell ambito dell ingegneria strutturale. Poiché il significativo incremento di scala di tutta la struttura spinge tutti gli elementi ai loro limiti fisici e dinamici, tutti gli aspetti del progetto sono stati esaminati da scienziati, ricercatori e ingegneri di fama internazionale. L impalcato e le torri sono state analizzate in più gallerie del vento dove è stato verificato soprattutto il comportamento aerodinamico dell innovativo impalcato composto da tre cassoni indipendenti. Al fine di ridurre i pesi sono stati progettati sistemi innovativi per la pavimentazione delle carreggiate stradali e per l armamento ferroviario. La deformabilità eccessiva del ponte, sottoposto a numerosi carichi fluttuanti, richiede verifiche a fatica dei vari componenti ed elementi. Inoltre, devono essere progettati dei sistemi per evitare quelle condizioni ambientali che possano favorire l'insorgere e lo sviluppo di corrosione. 19

ricercatori e ingegneri di fama internazionale.

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