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Tutta colpa di un fazzoletto?

Una vicenda esemplare: partendo dalla debolezza di un dettaglio, l’allineamento di differenti mancanze porta al collasso di un ponte

Chi è stato negli Stati Uniti sa che i paesaggi sono caratterizzati da una precisa tipologia di ponti: si tratta di strutture in acciaio basate su uno schema reticolare individuato cercando soluzioni tendenzialmente isostatiche, con scelte opportune nella disposizione delle aste e dei vincoli esterni; si hanno through-deck trusses nel caso di impalcato poggiato al corrente superiore o deck trusses nel caso l’impalcato sia sul corrente inferiore. Dal punto di vista teorico, questa tipologia di strutture ha caratteristiche ben precise: uno schema reticolare prevede elementi incernierati tra loro in modo che questi siano chiamati a sopportare solamente sollecitazioni assiali di compressione e trazione; è escluso, dunque, il comportamento flessionale.

Nella pratica, è noto che realizzare nodi che si comportino come cerniere è difficile se non impossibile o conveniente e, pertanto, le connessioni fra le aste vengono realizzate mediante fazzoletti in acciaio (gusset plates): in questo modo, gli elementi principali sono ancora caricati primariamente da azioni assiali di trazione o compressione, ma i gusset plates trasferiscono anche momenti flettenti, considerati secondari.

  • L’I-35W Bridge # 9340 fu progettato nel 1964 e aperto nel 1967
    L’I-35W Bridge # 9340 fu progettato nel 1964 e aperto nel 1967
  • La localizzazione del ponte I-35W (https://en.wikipedia.org/wiki/I-35W_Mississippi_River_bridge)
    La localizzazione del ponte I-35W (https://en.wikipedia.org/wiki/I-35W_Mississippi_River_bridge)
  • La localizzazione del ponte I-35W (https://en.wikipedia.org/wiki/I-35W_Mississippi_River_bridge)
    La localizzazione del ponte I-35W (https://en.wikipedia.org/wiki/I-35W_Mississippi_River_bridge)
  • La schematizzazione, 1064 ft = 324,3 m
    La schematizzazione, 1064 ft = 324,3 m
  • La sequenza del crollo (https://www.youtube.com/watch?v=z1uscpZt8EQ)
    La sequenza del crollo (https://www.youtube.com/watch?v=z1uscpZt8EQ)
  • La ricostruzione del collasso
    La ricostruzione del collassosso
    La ricostruzione del collasso
  • La localizzazione del nodo U10W
    La localizzazione del nodo U10W
    La localizzazione del nodo U10W
  • La corrosione del vincolo in corrispondenza della pila 6
    La corrosione del vincolo in corrispondenza della pila 6
    La corrosione del vincolo in corrispondenza della pila 6
  • Il nodo U10W scattate durante le ispezioni
    Il nodo U10W scattate durante le ispezioni
    Il nodo U10W scattate durante le ispezioni
  • Il St. Cloud Bridge non risultato sicuro dopo le ispezioni del 2008
    Il St. Cloud Bridge non risultato sicuro dopo le ispezioni del 2008
    Il St. Cloud Bridge non risultato sicuro dopo le ispezioni del 2008
  • L’Hastings Bridge non risultato sicuro dopo le ispezioni del 2008
    L’Hastings Bridge non risultato sicuro dopo le ispezioni del 2008
    L’Hastings Bridge non risultato sicuro dopo le ispezioni del 2008

In termini di collasso, questa tipologia di ponti può essere soggetta a:

  • instabilità (globale) di una intera travatura reticolare, il cui corrente compresso può sbandare fuori piano nel caso in cui i telai trasversali non siano abbastanza rigidi;
  • instabilità (locale) di un singolo elemento o rottura (locale) di un elemento in trazione per raggiungimento del carico di rottura;
  • collasso di una connessione, come la crisi di un gusset plate.

È evidente che, proprio per come è concepita questa tipologia di ponti, con nulla o scarsa iperstaticità, minima ridondanza e marginale capacità di ridistribuire i carichi, anche la crisi di un singolo elemento o di una singola connessione può portare l’intera struttura alla rovina. Uno di questi ponti, lungo un asse approssimativamente Nord-Sud, superava il Mississippi nell’agglomerato urbano di Minneapolis – Saint Paul nel Minnesota e risultava uno dei più trafficati della città. L’I-35W Bridge # 9340 fu progettato, con riguardo alle Normative AASHTO del 1961, dalla Società Sverdrup & Parcel and Associates nel 1964 e aperto nel 1967. La parte scavalcante il Mississippi era lunga 300 m, con tre arcate delle quali quella centrale lunga circa 140 m. A sostenere le otto corsie stradali, la struttura in acciaio era composta da due travature reticolari Warren (una Est e una Ovest) poste ad interasse di 22 m, connesse da telai trasversali posti ogni 11,6 m. Le connessioni tra le varie aste, diagonali e verticali, erano realizzate tramite coppia di gusset plates, che connettevano le aste mediante chiodi e bulloni usati per accelerare la realizzazione del collegamento. Da un punto globale, lo schema statico prevedeva un solo vincolo fisso alla traslazione lungo l’asse longitudinale del ponte in corrispondenza della pila 7, mentre sulle restanti pile 5, 6, 8 erano previsti solo appoggi verticali, in modo da permettere l’espansione libera del ponte per le variazioni termiche.