La goccia che scava la pietra, sotto i ponti

Sotto il ponte autostradale che sovrasta il fiume più lungo della Svizzera, nei pressi della località bernese Wangen an der Aare, agisce una forza invisibile: qui i vortici di corrente hanno infatti scavato una cavità, chiamata marmitta fluviale o torrentizia (kolk in tedesco). Attraverso misurazioni, immersioni e modelli del Politecnico federale di Zurigo, l’USTRA elabora interventi protettivi specifici.

Il ponte fluviale nei pressi di Wangen an der Aare è una delle opere principali dell’autostrada A1 ed è percorso quotidianamente da decine di migliaia di veicoli. Durante i lavori di aggiunta della terza corsia, tuttavia, non è stato solo il flusso veicolare a finire sotto i riflettori, ma anche quello idrico al di sotto del viadotto. Nel corso degli anni, infatti, nella zona dei piloni nell’alveo si era formata una profonda buca, una cosiddetta marmitta fluviale.

Questa cavità cilindrica viene a crearsi quando il flusso d’acqua si trova davanti a un ostacolo: nel caso specifico la corrente, incontrando sul suo percorso i piloni del ponte, viene deviata verso il basso, generando dei vortici che smuovono sabbia e ghiaia dal fondale. In questo modo l’acqua finisce per scavare costantemente in profondità. Nel fiume bernese questo effetto è particolarmente marcato essendo il fondale costituito da sabbie alluvionali fini.

In sede di pianificazione dei lavori di ampliamento a tre corsie per senso di marcia del tratto autostradale, si è studiato più da vicino il fenomeno erosivo, rendendosi conto che nella fase iniziale di progettazione l’entità dell’incavatura non era ancora determinabile nella sua integralità. Soltanto ulteriori accertamenti hanno infatti permesso di fare chiarezza. Attraverso immersioni, robot subacquei e misurazioni 3D ad alta risoluzione, è stato effettuato un rilievo accurato del letto dell’Aare.

Tra i piloni esistenti, il fiume ha scavato il fondale per oltre otto metri di profondità, trasportando circa 20 000 metri cubi di materiale. Se l’erosione continuasse, la stabilità delle fondamenta del ponte sarebbe a rischio.

Comprendere la corrente per minimizzare i rischi

Per capire i comportamenti futuri della corrente e del fondale ci si è rivolti al Politecnico federale di Zurigo. Presso il Centro sperimentale di ingegneria idraulica è stato realizzato un modello fisico del corso dell’Aare in scala 1:35, integrato da modelli numerici per studiare l’evoluzione del pozzo di erosione nel lungo periodo. Questo ha permesso di riprodurre in modo realistico diversi volumi di deflusso, fenomeni di piena e stato di conservazione dell’opera.

Modello realizzato presso il Politecnico federale di Zurigo sulla formazione di cavità ai pilastri del ponte sull’Aare.

I risultati sono stati chiari: il riempimento della cavità non sarebbe una soluzione sostenibile. Si è quindi deciso di stabilizzare il letto del fiume nei punti più sollecitati mediante pesanti massi per fermare l’erosione del fondale e deviare la corrente in modo da sgravare le zone critiche.

«Questo esempio mostra come non si debbano sottovalutare i pericoli naturali quando si realizzano costruzioni in acqua. Non basta tener conto di singoli eventi, come le piene, ma occorre pensare anche a processi invisibili e subdoli», spiega Harry Fehlmann, ingegnere del Politecnico di Zurigo e membro della direzione di Bänziger Partner. «Per questo è importante effettuare regolarmente ispezioni che interessino anche le zone sott’acqua. In futuro si utilizzeranno sempre più spesso dispositivi moderni, come i droni subacquei».

Lavori sotto traffico

Gli interventi sul ponte avvengono in condizioni complesse. Per tutta la durata del cantiere né la circolazione stradale né il flusso dell’Aare verranno interrotti. In futuro saranno operative tre corsie supplementari su un nuovo viadotto, i cui pilastri si troveranno nell’asse di quello esistente.

«Il progetto di Wangen an der Aare dimostra come analisi accurate e modellizzazioni moderne siano cruciali per garantire la longevità dell’infrastruttura, anche dove agiscono forze maggiori invisibili», afferma André Grieder, responsabile del progetto di ampliamento a 6 corsie del tratto Luterbach–Härkingen.