Innovazione Empa nella costruzione di ponti: un eccellente ponte ferroviario grazie alle funi di carbonio svizzere

Un arco di rete bianco scintillante con una campata di 130 metri sostiene il nuovo ponte di confine vicino a Küstrin. 88 ganci in carbonio stabilizzano la costruzione in filigrana sull'Oder. È la prima volta al mondo che in un ponte ferroviario vengono utilizzati elementi di tensione in plastica rinforzata con fibre di carbonio (CFRP), sviluppati dallo spin-off dell'Empa Carbo-Link e testati e valutati presso l'Empa. Il materiale innovativo non solo consente un metodo di costruzione particolarmente efficiente dal punto di vista dei materiali, ma riduce anche in modo significativo le emissioni di CO₂ rispetto a una struttura convenzionale in acciaio. Il ponte è stato premiato due volte per questa costruzione pionieristica, con il "Bridges International Award" britannico e il German Bridge Construction Award.

Carbonio leggero al posto dell'acciaio che pesa tonnellate

Secondo la giuria del premio tedesco per la costruzione di ponti, il ponte di Küstrin Oder non è solo un capolavoro di ingegneria, ma è anche economicamente vantaggioso e lungimirante in termini di sostenibilità. Le 88 grucce in carbonio riducono significativamente il peso morto rispetto alle tradizionali grucce piatte in acciaio. Questo perché il CFRP offre un'elevata resistenza alla trazione e una migliore resistenza alla fatica rispetto all'acciaio, pur essendo notevolmente più leggero. Questo apre una nuova libertà di progettazione, come dimostra l'aspetto arioso e trasparente del ponte sull'Oder. Il risparmio di materiale riduce anche i costi di costruzione e i costi di manutenzione a lungo termine.

In totale, l'uso di ganci in CFRP ha permesso di risparmiare circa 500 tonnellate di acciaio e 1.350 tonnellate di cemento armato nella struttura complessiva del ponte. Uno studio sulla sostenibilità condotto da Urs Meier, pioniere del CFRP ed ex membro della direzione dell'Empa, dimostra che la versione in carbonio consente di risparmiare circa il 20% delle emissioni di CO₂ rispetto a una struttura in acciaio: La variante in carbonio consente di risparmiare circa il 20% delle emissioni di CO₂ rispetto a una struttura in acciaio.

Elevati requisiti per il ponte ferroviario

Il ponte ferroviario sull'Oder è un ponte ad arco a doppio binario in costruzione composita, dotato di appendici in CFRP precompresso. Sebbene tali funi di carbonio siano già state utilizzate su un altro ponte, questa è la prima volta al mondo che vengono impiegate per il trasporto ferroviario pesante di merci. I treni possono ora attraversare la struttura a una velocità massima di 120 chilometri all'ora, il che ha richiesto test approfonditi e complesse procedure di approvazione.

Secondo Lorenz Haspel, responsabile del progetto presso lo studio di ingegneria schlaich bergermann partner, questo ponte in carbonio non avrebbe potuto essere realizzato senza l'Empa. Le innovative grucce in CFRP provengono dallo spin-off dell'Empa Carbo-Link di Fehraltorf - fondato da Andreas Winistörfer, amministratore delegato ed ex dottorando dell'Empa - e sono state utilizzate per la seconda volta in un ponte ad arco in rete. "Abbiamo utilizzato queste funi di carbonio per la prima volta come elementi di tensione altamente sollecitati in un arco di rete sul ponte della metropolitana leggera di Stoccarda", spiega Haspel.

La maggior parte delle prove di fatica per il ponte sull'Oder sono state eseguite da un team del dipartimento di Ingegneria Strutturale dell'Empa, guidato da Robert Widmann e Dimitri Ott, nel capannone dell'Empa, e hanno confermato la necessaria resistenza alla fatica del nuovo materiale CFRP. Giovanni Terrasi, responsabile del reparto "Ingegneria dei sistemi meccanici" dell'Empa, ha anche preparato la perizia tecnica per il ponte, ora premiato, insieme a Christian Affolter. "Abbiamo così creato la base per una nuova generazione di ponti ad arco a rete filigranata con appendici in carbonio come elementi portanti", è convinto Terrasi.

Fonte: Empa