Ponti più leggeri e verdi

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5 Giugno 2020

Ponti più leggeri e verdi grazie a una nuova tecnologia che permette di ridurre il materiale utilizzato per un ponte sospeso di oltre il 25%, il che significa un risparmio fino al 30% delle emissioni di CO2.

Gli ultimi 60 anni non hanno visto alcun cambiamento fondamentale nella progettazione dei ponti sospesi. Per soddisfare la richiesta di ponti sempre più lunghi, l‘Università tecnica di Danimarca (DTU) e COWI hanno studiato come ottimizzare le strutture per ridurre il peso del ponte, aumentando in particolare la campata.

Abbiamo applicato diversi metodi per esaminare come utilizzare al meglio i materiali, che sono principalmente costituiti da acciaio e cemento. Inizialmente, abbiamo cercato di ottimizzare il loro uso nelle strutture tradizionali utilizzando diaframmi trasversali nel ponte, ottenendo così una riduzione teorica del peso fino a 14%

afferma Mads Jacob Baandrup, che ha effettuato le analisi in relazione al suo progetto di dottorato e oggi lavora come ingegnere nel dipartimento dei ponti di COWI.

 

 

Ponti con un design “svuotato” dall’interno

Al fine di ottenere ulteriori risparmi, i ricercatori hanno esaminato la possibilità di modificare il progetto strutturale. Ciò è stato fatto utilizzando l’ottimizzazione della topologia, un metodo noto nelle industrie automobilistiche e aeronautiche, che non era mai stato utilizzato in precedenza per strutture edili su larga scala.

In termini semplici, si tratta di “svuotare” una trave a ponte dei suoi elementi esistenti, fornendo la completa libertà di scegliere un nuovo design. Il volume interno della trave a ponte viene quindi diviso in una struttura di voxel (pixel 3D) molto piccoli, come piccoli dadi. Il metodo di ottimizzazione della topologia viene quindi utilizzato per determinare se ogni singolo voxel deve essere costituito da aria o materiale d’acciaio. Il risultato è un disegno a trave a ponte che utilizza meno acciaio possibile senza compromettere la resistenza della struttura.

In particolare, è stato analizzato un elemento a ponte di 30 x 5 x 75 metri, diviso in due miliardi di voxel, ciascuno non più grande di pochi centimetri. Il risultato è stato un calcolo incredibilmente ampio eseguito da un supercomputer I calcoli per l’ottimizzazione della topologia sono stati effettuati sul supercomputer PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) e si tratta  della  più grande ottimizzazione strutturale mai realizzata.

 

 

Risparmio di carbonio e soluzione economicamente interessante

Il calcolo del computer ha presentato input su come strutturare al meglio lo spazio di progettazione: tra le altre cose, ciò significava curvare parte dei diaframmi trasversali attualmente diritti, rendendo possibile radere via il 28% del materiale utilizzato per i ponti e ottenere così una corrispondente riduzione delle emissioni di CO2 generate dalla produzione e dal trasporto di cemento e acciaio.

Abbiamo interpretato e modificato i calcoli in modo che il risultato diventasse una struttura di trave a ponte con un design ottimale, che può essere realizzata senza metodi di produzione troppo costosi. L’aspetto economico è importante affinché il progetto sia un’opzione realistica per i futuri progetti di ponti

dice Mads Jacob Baandrup.

Naturalmente, saranno necessarie ulteriori analisi prima che il nuovo design possa essere utilizzato per la costruzione di ponti, ma COWI è fiducioso che i risultati del progetto di ricerca aggiungano preziose conoscenze ai ponti sospesi di domani.

Il nuovo design potrebbe ridurre peso ed emissioni di CO2 fino al 20%

Il nuovo design della trave a ponte può essere convertito in una riduzione di peso e CO2 fino al 20% per l’intero ponte, il che ovviamente giova al clima. COWI è anche coinvolta in una vasta gamma dei più grandi progetti di ponti al mondo, quindi un il potenziale nuovo design andrà anche a beneficio dei nostri clienti e della nostra società

afferma il direttore tecnico Henrik Polk, COWI, che ha partecipato alla ricerca.

Ci sono grandi prospettive nell’uso dell’ottimizzazione della topologia per garantire la progettazione sostenibile di altre grandi strutture edili, come grattacieli, stadi o ponti autostradali. Bisogna esplorare questo campo e poiché l’industria delle costruzioni rappresenta il 39% delle emissioni globali di CO2, ogni riduzione può essere interessante.

 

 

 

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venerdì 5 Giugno 2020 - 2:42
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