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Caratteristiche aerodinamiche degli impalcati da ponte

Informazioni tesi

  Autore: Giulio Rulli
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2008-09
  Università: Università degli Studi di Reggio Calabria
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria civile e ambientale
  Relatore: Francesco Ricciardelli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 188

L’avvento dei nuovi materiali da costruzione e lo sviluppo tecnologico avvenuto nel XIX e XX secolo consentì di concepire e realizzare opere sempre più ardite come i ponti di grande luce. La realizzazione di tali opere mise gli ingegneri dell’epoca di fronte a delle problematiche del tutto inaspettate, come ad esempio l’interazione del vento con la struttura. Le conoscenze teoriche dell’epoca su tali argomenti, però, non erano in grado di fornire delle teorie affidabili per la progettazione di tali opere e questo emerse, talvolta in maniera anche drammatica, soprattutto nei numerosi crolli di ponti succedutesi nell’arco della storia. L’azione del vento sulle strutture, e in particolare sugli impalcati da ponte, da luogo alla nascita di due tipi di forze: le forze aerodinamiche e le forze aeroelastiche. Le forze aerodinamiche, oggetto di questo studio, sono date dalla somma di una parte media indotta dalle velocità medie, e da una fluttuante indotta dalla turbolenza. Esse vengono determinate solitamente nel caso di sezioni fisse, ovvero di sezioni i cui spostamenti non sono in grado di influenzare la vena fluida incidente. Viceversa nel caso di sezioni mobili, ovvero in grado di influenzare con i propri spostamenti la vena fluida incidente, le forze aeroelastiche possono prevalere su quelle aerodinamiche. Le forze aerodinamiche possono essere scomposte in tre componenti, una longitudinale detta drag, un trasversale detta lift e una coppia detta torque. L’entità di tale forze è fortemente influenzata dalla geometria sezionale e dalle caratteristiche del flusso incidente e per questo motivo non agevole da ricercarsi da un punto di vista analitico. La determinazione di esse, infatti, avviene per mezzo di sperimentazioni in galleria del vento che hanno come fine la determinazione di parametri adimensionali che consentiranno di risolvere il problema in maniera agevole. Tali parametri prendono il nome di coefficiente di drag, di lift e torque, e una volta determinati e inseriti all’interno di appositi modelli, consentiranno di determinare le forze aerodinamiche. La sperimentazione in galleria del vento comporta ovviamente dei costi aggiunti che possono essere sostenuti solo in caso di realizzazione di grandi opere, come ponti di grande luce. Per opere di piccola e media dimensione la sperimentazione non viene quasi mai eseguita e la determinazione dei parametri avviene attraverso l’ausilio di normative. Data la complessità del problema i criteri proposti dalle normative non possono essere considerati dei criteri generali; il loro campo di applicazione molto spesso risulta essere fortemente limitato e per questo, come nel caso dei ponti, i criteri espressi rappresentano solo delle indicazioni progettuali.

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Capitolo 1 Introduzione 1.1 Azione del vento sugli impalcati da ponte e risposta strutturale La costruzione di ponti è stata senza dubbio una delle sfide più importanti che gli ingegneri civili hanno affrontato nell’arco della storia, soprattutto per le difficoltà legate alla progettazione e alla realizzazione di tali opere. In tal senso il XIX secolo costituì per l’ingegneria civile l’inizio di una nuova era, si iniziarono infatti a concepire delle strutture snelle e leggere, grazie anche all’introduzione di materiali aventi elevate caratteristiche meccaniche, che posero gli ingegneri dell’epoca di fronte a problemi inaspettati, tra i quali l’interazione del vento con le strutture. Purtroppo, però, l’ingegneria dell’epoca non era confortata da esperienze e da teorie particolarmente affidabili per affrontare problemi di tale natura e queste lacune si evidenziarono drammaticamente nella realizzazione dei primi ponti sospesi, molti dei quali crollarono per effetto delle azioni del vento. Nel 1826 sir Thomas Telford realizza il ponte sullo stretto di Menai, opera il cui impalcato ebbe però vita breve. Esso, infatti, fu danneggiato pesantemente dopo solo sei settimane dalla sua inaugurazione. Successivamente nel 1829, una nuova tempesta di vento, provocò nuovamente danni rilevanti alla struttura. Ma l’evento che segnò profondamente la vita di tale opera fu la tempesta di vento del 1836, per la quale l’impalcato andò quasi distrutto . Stessa sorte toccò al molo Bringhton Chair Pier progettato da Brown e crollato due volte nell’arco di tre anni (1833-1836), al Wheeling Bridge realizzato da Ellet nel 1849 e crollato nel 1854 e al ponte ferroviario Tay Bridge, il quale a differenza dei precedenti non era sospeso, realizzato da Bouch e crollato il 28 dicembre 1878. 1

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