La collisione della nave mercantile che ha distrutto il Francis Scott Key Bridge a Baltimora il 26 marzo 2024 solleva interrogativi su quanto gli ingegneri possono fare per evitare che simili catastrofi si verifichino in futuro. Di seguito Michael J. Chajes, professore di ingegneria civile e ambientale presso l'Università del Delaware, spiega come i codici di progettazione dei ponti sono cambiati nel corso degli anni e le sfide legate alla costruzione di nuove strutture e all'ammodernamento di quelle esistenti, in modo che possano sopravvivere a eventi estremi.
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Quanto è difficile progettare un ponte in grado di resistere alla forza che ha abbattuto il Francis Scott Key Bridge?
"…Una volta che gli ingegneri comprendono le forze a cui sarà sottoposta una struttura, possono progettare una struttura in grado di resistere ad esse. Detto questo, sappiamo che ciascuna forza ha un intervallo di magnitudini che possono verificarsi. Ad esempio, non tutti i camion sulle strade pesano la stessa quantità, non tutti i terremoti hanno la stessa magnitudo e non tutte le navi hanno lo stesso peso. Incorporiamo questa variabilità delle forze nel progetto".
"…Anche se costruita secondo un determinato progetto, la resistenza finale della struttura può variare. I materiali utilizzati presentano variazioni di resistenza. Ad esempio, il calcestruzzo consegnato in due giorni consecutivi avrà una resistenza finale leggermente diversa. Questa variabilità nella resistenza della struttura finale viene presa in considerazione anche nel processo di progettazione per garantire la sicurezza del ponte o dell'edificio. Non è possibile costruire due ponti partendo dallo stesso insieme di piani e poi ritrovarsi con la stessa identica forza".
"…Basandosi sul peso e sulla velocità della nave che ha urtato il Francis Scott Key Bridge, l'attuale codice di progettazione del ponte statunitense richiederebbe che il ponte fosse progettato per resistere a una forza laterale di 11.500 tonnellate. Ciò significa che il ponte ha la capacità di resistere a un colpo laterale di tale portata. Ciò equivale al peso di circa 50 Boeing 777 carichi o al peso della Torre Eiffel. Sebbene si tratti di una forza laterale molto grande, le strutture possono essere progettate per resistere a tali forze. Gli edifici alti sono normalmente progettati per resistere a carichi laterali di questa portata derivanti dal vento o dai terremoti. Tuttavia, è una questione di quanto si vuole spendere per la struttura e molti obiettivi e vincoli di progettazione devono essere bilanciati tra loro".
Cosa fanno gli ingegneri per garantire la sicurezza in eventi estremi?
"…La nostra conoscenza di come gli eventi estremi influenzano le strutture è in continua evoluzione. Un settore in cui ciò è molto evidente è l'ingegneria sismica. Dopo ogni terremoto, gli ingegneri strutturali apprendono cosa ha funzionato e cosa non ha funzionato, quindi i codici di progettazione degli edifici e dei ponti si evolvono. I proprietari delle infrastrutture cercano anche di adeguare le strutture esistenti progettate secondo codici precedenti".
"…Le collisioni delle navi e il loro impatto sui ponti rappresentano un'area simile in cui la comprensione è in evoluzione e i codici di progettazione migliorati. Dal 1960 al 2015 si sono verificati oltre 35 grandi crolli di ponti in tutto il mondo causati da collisioni navali . Gli ingegneri valutano i guasti e aggiornano i codici tecnici in modo che tengano conto meglio degli effetti delle collisioni navali".
- VIDEO: la nave mercantile perde potenza e si schianta contro il Francis Scott Key Bridge a Baltimora.
Come si è evoluta la progettazione del ponte da quando è stato costruito il ponte di Baltimora?
"…Il Francis Scott Key Bridge è stato progettato all'inizio degli anni '70. La costruzione iniziò nel 1972 e fu aperta al traffico nel 1977. Ciò precedette il crollo del 1980 della Sunshine Skyway in Florida, causato da una collisione navale, simile a quanto accaduto a Baltimora. Il crollo del ponte portò all'avvio di progetti di ricerca culminati nello sviluppo di una specifica guida statunitense nel 1991, aggiornata nel 2009".
"Sulla base di tale specifica guida, i codici di progettazione del ponte sono stati modificati per includere le forze dovute alle collisioni delle navi. Nella progettazione del Francis Scott Key Bridge non sarebbe stato necessario considerare l'effetto delle collisioni tra navi. L'attuale codice di progettazione dei ponti degli Stati Uniti afferma che:
Laddove si prevede una collisione navale, le strutture dovrebbero essere:
- Progettate per resistere alle forze di collisione della nave e/o
- Adeguatamente protette da parabordi, delfini, banchine, isole o altri dispositivi sacrificabili.
Altri cambiamenti a partire dagli anni '70 riguardano l' aumento delle dimensioni e del peso delle navi mercantili. La nave che fece crollare la Sunshine Skyway nel 1980 pesava 35.000 tonnellate, mentre la nave che entrò in collisione con il Francis Scott Key Bridge pesava 95.000 tonnellate".
"…Con l'aumento del peso delle navi mercantili, la strategia di progettazione più economicamente vantaggiosa per prevenire il crollo dei ponti a causa della collisione delle navi potrebbe essere quella di proteggere i pilastri del ponte dall'impatto. Ciò viene fatto costruendo un sistema di protezione contro le collisioni del ponte, che spesso è una struttura in cemento o roccia che circonda il molo e impedisce alla nave di raggiungere il molo, come viene fatto per proteggere molti dei nostri monumenti nazionali".
"…Un sistema di protezione del molo è stato installato quando è stato ricostruito il ponte Sunshine Skyway ed è stato utilizzato su numerosi altri ponti . Lo stesso approccio è attualmente applicato dalla Delaware River and Bay Authority con un costo di 93 milioni di dollari per proteggere i pilastri del Delaware Memorial Bridge ".
"…Ma che dire dei ponti esistenti come il Francis Scott Key Bridge? I proprietari di ponti devono affrontare un'enorme sfida nel reperire le risorse finanziarie necessarie per ammodernare i loro ponti per soddisfare i più recenti codici di progettazione e per tenere conto dei maggiori carichi d'impatto previsti a causa delle navi sempre più pesanti. Entrambe le cose sono successe in questo caso. Cioè, i codici di progettazione sono cambiati e migliorati e i carichi sono diventati molto più grandi. Gli ingegneri e i proprietari delle infrastrutture fanno del loro meglio per stabilire le priorità in cui i loro fondi limitati possono essere utilizzati per aumentare la sicurezza strutturale e ridurre al minimo la possibilità di cedimento strutturale".
Cosa possono fare le università?
"…Il compito numero 1 degli ingegneri strutturali è proteggere il pubblico e ridurre al minimo il rischio di cedimenti strutturali che rappresentano una minaccia per la vita umana. Per fare ciò, gli ingegneri devono essere in grado di calcolare le forze a cui possono essere sottoposte le nostre strutture. Ciò include i casi in cui una grande nave si scontra accidentalmente con un ponte o si verifica un grande terremoto o un uragano".
"…In questi casi estremi, la struttura subirà quasi sicuramente dei danni, ma, se possibile, dovrebbe essere sufficientemente resistente da non crollare. I codici di progettazione vengono continuamente aggiornati per tenere conto delle nuove conoscenze, dei nuovi materiali e delle nuove tecniche di progettazione. L'affidabilità delle nostre strutture è in continuo miglioramento".
"…L'adeguamento delle strutture costruite secondo i codici precedenti è un processo continuo, e questo disastro li porta in primo piano. Gli Stati Uniti hanno molte infrastrutture progettate secondo vecchi codici, e abbiamo camion più grandi che attraversano i nostri ponti e navi più grandi che passano sotto di essi".
"…Gli ingegneri non potranno mai ridurre a zero la probabilità di evento, di guasto, ma possono ridurla al punto in cui i guasti si verificano molto raramente e solo nei casi in cui numerose circostanze impreviste si combinano per rendere una struttura vulnerabile al collasso".
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Angelo Martinengo
Giornalista Senior
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