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Il crollo del Tacoma Bridge PDF Print E-mail

La mattina del 7 novembre 1940 il Tacoma Narrows Bridge, a una cinquantina di chilometri a sud di Seattle, crollò a causa dal vento. Era aperto da soli quattro mesi.

Il crollo fu documentato da fotografie e video di grande impatto drammatico. All'inaugurazione il ponte ondulava gia' molto, ma all'epoca nessuno si preoccupò di studiare seriamente le interazioni delle forze aerodinamiche sul ponte. L'unico a dissentire con il progetto fu Theodore Condron, un ingegnere civile che raccomando' di rinforzare la struttura, ma rimase del tutto inascoltato...

Dopo il crollo la Federal Works Agency stabilì una commissione d'indagine che scagionò il progettista, osservando che, se le pecche del ponte erano ovvie a uno sguardo retrospettivo, il progetto rispondeva a ogni criterio accettabile nella pratica, tanto era approssimativa la valutazione degli effetti del vento sulle costruzioni.

 

Le cause del crollo

A distruggere il ponte furono le oscillazioni torsionali amplificate da una oscillazione aeroelastica autoeccitata: si verificò una instabilità di tipo aeroelastico. Quindi non si trattò di un fenomeno di risonanza, come più volte riportato: infatti la risonanza è un fenomeno fisico che si manifesta quando la frequenza della forza eccitante è uguale alla frequenza naturale del sistema meccanico oscillante: una forza periodica anche debole (detta forzante) produce sollecitazioni e vibrazioni notevoli su un corpo che oscilla con la medesima frequenza della forzante, allo stesso modo in cui imprimendo al momento opportuno una piccola spinta ad un'altalena si riesce ad aumentarne di molto l'ampiezza delle oscillazioni.

Il crollo del ponte avvenne invece alcune ore dopo che il processo vibrazionale si era instaurato, indotto da un vento praticamente costante dell'ordine di 50 - 60 Km/h e in assenza di raffiche forti ed improvvise, dunque senza la periodicità della forza eccitante. A causare il crollo del ponte, come dimostrano studi recenti, fu l'instabilità aeroelastica dovuta al fenomeno del "flutter"; il crollo puo' anche essere interpretato con la teoria di Theodore Von Karman, ovvero mediante il distacco dei vortici detti appunto di Von Karman, fenomenologie note nell'ingegneria aerospaziale e aeronautica.

Il fenomeno del flutter

Il fenomeno del flutter e' una vibrazione aeroelastica autoeccitata che si instaura in una struttura in moto relativo rispetto a un fluido o viceversa, in particolari condizioni. Il flutter può sempre verificarsi negli aeroplani come nei ponti sospesi: è legato alle variazioni delle forze aerodinamiche conseguenti al diverso orientamento che le parti della struttura, a causa delle loro stesse oscillazioni, assumono rispetto alla direzione del vento relativo. Il flutter configura una risposta oscillatoria, che presenta ampiezza, velocita' e accelerazione crescenti nel tempo, con un conseguente aumento dell'energia cinetica. Tale energia è fornita dalle forze esterne: se queste sono conservative il loro lavoro viene tuttavia compiuto a spese di un potenziale (per definizione stessa di forza conservativa) ed è quindi limitato: pertanto l'instabilità non si verifica. Il flutter può quindi essere indotto solo da forze non conservative (vento, fluido). In altri termini una volta innescatasi una vibrazione autoeccitata, l'energia cinetica della corrente/flusso d'aria che viene ad alimentarla è talmente superiore all'energia che può essere assorbita dalla struttura da determinarne la distruzione anche in brevissimo tempo (nel caso di aerei) e in tempi relativamente più lunghi nei ponti sospesi. L'instabilità aeroelastica determinò il crollo del ponte Tacoma Narrows: il vento di notevole velocità, i cui effetti statici erano tuttavia ampiamente previsti, ha soffiato per alcune ore, inducendo nella campata centrale oscillazioni torsionali di ampiezza inesorabilmente crescente. La rotazione torsionale dell'impalcato ha raggiunto angoli superiori ai 30 gradi rispetto all'orizzontale, causando a un certo punto la rottura dei cavi di sostegno e il collasso della struttura. E' certamente possibile prevenire l'instabilità aeroelastica mediante una elevata rigidezza strutturale specie a torsione, posizionando opportunamente l'asse elastico e quello baricentrico nelle varie sezioni della struttura, e attraverso un rigoroso bilanciamento delle superfici.

Le conclusioni

Nel crollo non ci furono danni a persone: l'unica vittima fu un cane, rimasto bloccato nell'unica auto abbandonata sulla campata e poi precipitata nel fiume. E' significativo ricordare che per i successivi 25 anni non si costruirono più ponti sospesi. L'effetto che tale crollo ebbe nel mondo della ricerca scientifica fu enorme, e, grazie al fatto che l'intero evento fu filmato, l'interpretazione delle cause innescanti il crollo si è arricchita negli anni grazie agli innumerevoli studi svolti. Oggi i fenomeni aerodinamici e aeroelastici sono ben documentati e studiati nell'ambito dell'ingegneria civile.

Tutto ciò comunque può far pensare all'impresa che rappresenta la costruzione del ponte sullo stretto di Messina, che dovrebbe avere una campata centrale di circa 3300 metri e sarà il ponte sospeso piu' lungo al mondo, di dimensioni spaventose e davvero al limite delle possibilita' ingegneristiche attuali.