Tacoma Bridge
Ci sono video che tutti gli studenti di ingegneria civile hanno visto almeno una volta nella vita, e questo è sicuramente il caso. Anzi, questo è un video talmente famoso che anche tantissimi “non addetti ai lavori” capiranno a cosa ci si riferisca. Il video in questione è quello relativo al collasso del Tacoma Bridge, in cui si vede la struttura del ponte oscillare torsionalmente in modo sempre più evidente fino a crollare.
Il video in questione oggi compie ben 82 anni! Cerchiamo quindi di scoprire di più su quest’opera (ormai andata) e del perché sia crollata in questo modo.
Come ogni cosa, partiamo dalle origini, ossia dall’ideazione della struttura. L’idea di un ponte che attraversasse il canale Tacoma Narrows e unisse l’omonima città con quella di Gig Harbor, nello stato di Washington, risale addirittura alla fine del 1800. Ad ideare il collegamento fu la società ferroviaria statunitense Northern Pacific Railway, che gestisce un insieme di linee ferroviarie costruite nel territorio centro-settentrionale degli Stati Uniti. Passano però alcune decine di anni prima che si inizi a parlare realmente di effettiva realizzazione, datata inizio degli anni ’30 del ‘900.
Fra i primissimi progetti presentati comparvero alcune soluzioni di grandi ingegneri dell’epoca, fra cui:
Progetti assolutamente interessanti, ma purtroppo proposti in un periodo (immediatamente seguente alla grande crisi del ’29) di carenza di fondi per la realizzazione. Vengono quindi “congelati” e, piano piano, finiscono nel dimenticatoio.
Nel 1937, superata la Grande Depressione (ma con alle porte il secondo conflitto mondiale) si riprende in mano la questione Tacoma Bridge, e sono ancora due i progetti a contendersi l’aggiudicazione:
Come detto, Moisseiff si aggiudica la possibilità di vedere realizzato il proprio progetto. L’opera prende vita fra il 1938 ed il 1940, anno in cui viene inaugurato nella giornata del 1 Luglio. Ai tempi il Tacoma Bridge era uno dei ponti sospesi più lunghi al mondo, il terzo per l’esattezza dopo Golden Gate di San Francisco e George Washington Bridge di New York. Ben 853 m di luce della campata centrale, 1524 metri di lunghezza complessiva e una larghezza dell’impalcato di 12 metri.
L’opera, esteticamente molto bella e gradevole, già fin durante la costruzione, presenta però un problema particolare: oscilla in modo molto evidente anche in presenza di vento appena percettibile. Questo fa sì che l’opera assumesse subito il nomignolo di “Galloping Gertie”, diventando quasi un’attrazione turistica durante le sue deformazioni. L’opera, quindi, viene rinforzata dapprima con cavi laterali all’impalcato ancorati a terra, poi con cavi trasversali alle travi d’impalcato anch’essi ancorati a terra, ma con scarsi risultati.
Fino alla mattina del 7 Novembre 1940, appunto, quando le oscillazioni non sono più considerate “divertenti”. In una giornata leggermente ventosa (nonostante la velocità del vento non superasse i 70 km/h) l’impalcato inizia a torcersi trasversalmente in misura quasi impercettibile, arrivando a spaventose torsioni con angoli di circa 70° rispetto all’orizzontale. Dopo circa un’ora e mezza, si arriva al rovinoso crollo della campata centrale, impietosamente ripresa nel celeberrimo video spezzata e pendente verso il sottostante canale.
L’incidente fortunatamente produsse una sola, innocente vittima: il cagnolino di uno dei giornalisti rimasto stoicamente a documentare il disastro. Il relitto dell’opera venne demolito completamente e, anche a causa dell’imperversare della Seconda Guerra Mondiale, completamente riprogettato e ricostruito fra 1948 e 1950.
La commissione incaricata di indagare sulle cause del crollo dell’opera vagliò, inizialmente, numerose ipotesi tecniche possibili; si passò dalla mancanza progettuale di aerodinamica alla base di vibrazioni autoindotte nella struttura, fino a eventuali difetti dei materiali da costruzione passando per effetti fatali generati dalla correlazione fra turbolenza e velocità del vento.
In realtà la causa principale del crollo del Tacoma Bridge si ritrova in una commistione di effetti identificati dall’ingegnere italiano Giulio Krall. Sebbene l’opera fosse progettata per resistere a velocità del vento fino a 130 km/h, Krall calcolò che la velocità del vento raggiunta nella giornata del 7 Novembre 1940 corrispondesse proprio a quella critica di innesco delle torsioni e del conseguente crollo dell’opera.
In particolare, la causa preminente del crollo del Tacoma Bridge è il fluttering, altrimenti noto come instabilità aeroelastica. Il vento trasversale che colpisce l’impalcato (a parete piena e non sufficientemente aerodinamico) provoca i cosiddetti vortici di von Kármán. Questi, per loro natura fisica, generano una variazione periodica della distribuzione delle pressioni attorno al corpo, che se non sufficientemente rigido inizia a torcersi. Se la frequenza di formazione di questi vortici è prossima alla frequenza naturale di vibrazione del corpo investito si ha un fenomeno di risonanza che tende ad amplificare le oscillazioni torsionali. Da qui, quando le torsioni generano delle sollecitazioni negli elementi strutturali superiori alle loro resistenze, si ha il collasso dell’opera.
Questo fenomeno, nel caso del Tacoma Bridge, fu amplificato dalla scarsa aerodinamicità dell’impalcato. Quando si notarono le anomale oscillazioni, si pensò di migliorare la soluzione forando le travi d’impalcato o, in alternativa, porre in opera delle velette aerodinamiche. Scelte mai messe in pratica che, di fatto, sancirono il nefasto destino dell’opera.
Negli anni ’50, quindi, viene costruito il nuovo Tacoma Bridge, decisamente differente dal precedente. Pur se esteticamente analogo (ponte di tipo sospeso), la lezione sull’aeroelasticità viene applicata per realizzare una struttura molto più resistente nei confronti di oscillazioni e torsioni. Le torri da cui partono i cavi portanti e l’impalcato sono più larghi ma soprattutto aventi un coefficiente di rigidezza torsionale più alto e una maggiore capacità di smorzamento. Quest’opera, molto somigliante a quella proposta da Eldridge, vide la luce grazie a un pool di professionisti fra cui von Kármán, Woodruff e D. R. Smith.
Tutto ciò è garantito mediante la realizzazione di un impalcato costituito da una struttura reticolare in acciaio decisamente più stabile nei confronti della resistenza al vento rispetto alla soluzione di Moisseiff. Un ponte dunque più resistente del precedente e con quattro corsie di traffico invece di due. Un ponte ben più robusto del precedente, ribattezzato per l’appunto “Sturdy Gertie”, dove “sturdy” significa proprio “robusto”.
Negli anni ’90 del ‘900, la crescita e lo sviluppo della popolazione nella penisola di Kitsap hanno fatto sì che il traffico veicolare sul ponte superasse la capacità di progettazione del Tacoma Bridge del 1950. Nel 1998, le contee di Washington hanno approvato una misura consultiva per creare un ponte gemello per attraversare il Tacoma Narrows. Dopo una serie di proteste e battaglie giudiziarie, la costruzione del secondo ponte è iniziata nel 2002 ed ufficialmente aperto a Luglio 2007 per trasportare il traffico in direzione Est. Il ponte del 1950 trasporta invece il traffico in direzione Ovest. I due Tacoma Narrows Bridges attualmente sono la più lunga coppia di ponti sospesi al mondo, ben saldi e solidi e… a prova di vento!
