Analisi e progetto di tunnel flottanti sullo Stratto di Messina

Il tunnel flottante in alveo, noto con la terminologia inglese di Submerged Floating Tunnel (SFT), rappresenta un’innovativa tipologia di infrastruttura. Il SFT, anche conosciuto come Ponte di Archimede, figura come una nuova sfida per l’ingegneria strutturale, sia nel campo scientifico sia in quello applicativo. Infatti, nonostante si stia studiando da molti anni questo concetto di struttura, non esistono ancora sue realizzazioni. Il Ponte di Archimede rappresenta una soluzione alternativa per l’attraversamento di laghi, stretti o corsi d’acqua in generale. Il concetto di tunnel flottante è basato su una tecnologia ben nota applicata ai ponti galleggianti ed alle strutture offshore, ma la costruzione è per lo più simile a quella dei tunnel immersi. Alla base del funzionamento di questa struttura c’è il Principio di Archimede e quindi si sfrutta il beneficio del galleggiamento dell’acqua. Inoltre, a differenza di altre soluzioni di attraversamento, il tunnel flottante ha il vantaggio di poter essere istallato anche in acque molto profonde. Nella sua breve storia di sviluppo, sono state condotte molte ricerche con lo scopo di dare una visione completa del comportamento della struttura soggetta a carichi ambientali e operativi, quali eventi sismici, carichi idrodinamici, forze dovute al traffico, ed altri carichi accidentali. Questo lavoro di tesi è suddiviso in 7 capitoli. In particolare, il Capitolo 1 fornisce una visione complessiva su questa nuova tipologia di infrastruttura di attraversamento, includendo la sua storia, i vantaggi e gli svantaggi e le sue possibili prospettive future. Inoltre, si introducono delle considerazioni riguardanti il progetto concettuale e le condizioni di carico dovute al complesso ambientale circostante. Il Capitolo 2 descrive lo sviluppo di un modello tridimensionale ad elementi finiti di due tunnel flottanti collegati tra di loro per permettere l’attraversamento dello Stretto di Messina. Viene considerata la non linearità geometrica causata da grandi spostamenti e dalla proprietà elasto-plastica del materiale costituente il sistema di ancoraggio. Dopo aver caratterizzato l’interazione suolo-struttura si è descritta l’analisi modale 3D, utilizzando un modello linearizzato. Nel Capitolo 3 si presenta lo studio di un tunnel parzialmente allagato. Si effettuano analisi con condizioni di carico statiche volte a capire l’effetto che questo fenomeno può provocare. In questa trattazione si fa riferimento ad una suddivisione dei due tunnel in compartimenti a tenuta stagna. Infine sono riportate dei suggerimenti progettuali per far fronte a queste problematiche di sicurezza. Il Capitolo 4 fornisce una soluzione per generare storie di tempo artificiali del terreno. A tale scopo si adotta la densità dello spettro di potenza di Kanai-Tajimi modificato da Ruiz e Penzien e si considera il modello di coerenza di Luco e Wong per rappresentare la variazione spaziale del moto del terreno. L’eccitazione sismica ai supporti è generata con un picco di accelerazione del suolo 0.64g nelle direzioni trasversali e verticali e l’85% di questo valore in direzione longitudinale. Il Capitolo 5 è dedicato agli effetti del maremoto che sono agenti come un carico idrodinamico aggiuntivo generato dalla trasmissione del terremoto dal fondale attraverso l’acqua. È data una breve storia e sviluppo della ricerca riguardante il fenomeno. Per ridurre la sua complessità, si sono effettuate delle ipotesi semplificative per poter prendere in considerazione gli effetti del maremoto. La deduzione del potenziale di velocità del maremoto considerate in una dimensione sono descritte in questo capitolo e nell’appendice B. Con l’aiuto delle equazioni di Morison, utilizzata nei calcoli delle forze dei fluidi su colonne circolari immerse. Dopodiché, saranno descritte e commentate alcune caratteristiche del maremoto generato. Nel Capitolo 6 sono state svolte le analisi strutturali sul modello considerando gli effetti del terremoto e del maremoto, confrontando i risultati ottenuti con differenti proprietà del materiale nelle barre di ancoraggio. Si sono riportati i grafici di spostamenti ed azioni interne sia nel tempo che nello spazio, considerando barre con comportamento elastico o anelastico.