Il ponte di Arkadiko in Grecia è uno dei più antichi al mondo che ci sono stati tramandati ed è ancora in uso. Costruito nell'età del bronzo, ha circa 3.300 anni.
Il ponte di Arkadiko in Grecia è uno dei più antichi al mondo che ci sono stati tramandati ed è ancora in uso. Costruito nell'età del bronzo, ha circa 3.300 anni.
I costruttori del ponte di Arkadiko, che utilizzarono massi di calcare secondo lo stile ciclopico della muratura micenea senza impiego di cemento, avrebbero mai immaginato che non solo i locali ma anche frotte di turisti ci avrebbero camminato sopra migliaia di anni dopo? Fino a quanto lontano guardano i costruttori di ponti moderni quando costruiscono i loro ponti? Qual è la composizione dei ponti metallici e quali materiali da costruzione vengono utilizzati per i ponti?
Ponti a travi
Prima di approfondire questo argomento, dobbiamo menzionare che ogni ponte è principalmente composto da campate (tra le altre funzioni, sono utilizzate per strade e ferrovie, oltre che per attraversamenti pedonali o per tubature) e sostegni.
Il design dei ponti è definito dalle campate: dai più semplici ponti a travi, archi, travature, sospesi e a telaio, fino a quelli più complessi a stralli (esistono anche altri tipi meno comuni di ponti in acciaio). Le campate poggiano sui sostegni, e questi ultimi poggiano sulla fondamenta del ponte.
Inoltre, se si intende costruire un ponte in acciaio, saranno necessari elementi strutturali di base: travi, archi, travature e sospensioni. Diverse combinazioni di questi quattro componenti permettono ad architetti e costruttori di realizzare le soluzioni progettuali più fantasiose.
Quindi, ancora una volta, i ponti a travi sono il tipo più semplice di queste strutture. Il ruolo delle campate per tali ponti è svolto dalle travi che coprono le distanze tra i sostegni.
Dal punto di vista delle leggi della fisica, il sistema a travi è caratterizzato dall'assenza di carico orizzontale applicato dalle campate sui sostegni, poiché il carico è applicato solo verticalmente.
Un tipo comunemente noto di ponte a travi di base è una tavola di legno gettata su una pozza, oppure un tronco o una lastra di pietra che collega le due rive di un ruscello. Le travi per ponti più grandi sono realizzate in cemento o acciaio. Di norma, il cemento viene utilizzato per ponti corti in località rurali. In generale il termine "trave" indica una trave metallica in acciaio, che spesso significa ponti metallici con sistemi a travi.
Quelli a travi sono il tipo di ponti più antico al mondo; la loro storia è iniziata migliaia di anni fa. E sono ancora in uso. Il loro design era, certamente, molto più semplice diversi secoli fa. Con l'evoluzione delle tecnologie i materiali e i metodi di costruzione sono migliorati: dalla lavorazione della pietra all'invenzione del cemento, fino al ferro battuto e, infine, all'acciaio, che è più forte e ha una durata di vita più lunga.
La lunghezza di un ponte a travi raramente supera i 76 m (questo è dovuto a leggi fisiche e restrizioni imposte dalla struttura stessa). Tuttavia, ci sono eccezioni.
La campata principale del famoso Ponte Rio-Niterói, che è il ponte stradale a travi più lungo del mondo, è un record di 300 m. Questa costruzione è anche chiamata Ponte Presidente Costa e Silva. Attraversa la Baia di Guanabara e collega due città brasiliane, Rio de Janeiro e Niterói. Aziende di vari Paesi del mondo hanno partecipato alla costruzione del ponte. Ad esempio, gli elementi in acciaio delle campate (incluse le travi in acciaio del ponte) sono stati fabbricati nel Regno Unito, da dove sono stati trasportati via mare su un'isola brasiliana non lontano dal sito per l'assemblaggio in diverse fasi. Il ponte richiese sei anni per essere costruito e fu aperto a Rio-Niterói nel 1974. Fu intitolato al defunto presidente del Paese, che aveva iniziato il progetto ma non visse fino a vederne la realizzazione.
Un altro esempio di ponte a travi è il ponte pedonale e motociclistico che attraversa Volodomyrskiy Uzviz (noto anche come Vladimirsky Spusk o Vladimirsky Descent), una strada a Kiev. Il ponte collega il monumento a Volodomyr il Grande e l'Arco dell'Amicizia tra i Popoli. Anche se l'idea di costruzione esisteva da decenni, la realizzazione del progetto ambizioso iniziò solo alla fine del 2018. Fu aperto al pubblico nel maggio 2019, in occasione della Giornata di Kiev. Circa il 90% dei materiali di questo ponte principalmente metallico furono fabbricati in Ucraina. In particolare, 700 tonnellate di lamiere d'acciaio di vari spessori (8-55 mm) furono fabbricate da Azovstal, il gigante industriale ucraino.
Ponti a travi a cassone
I ponti a travi a cassone rappresentano scatole realizzate in cemento, acciaio e travi in cemento armato (in diverse combinazioni). Di norma, questo tipo di ponte è utilizzato per costruire moderne strutture sopraelevate per i veicoli del trasporto municipale.
La creazione dei ponti a travi a cassone è strettamente legata al nome del tenente generale francese Giffard Le Quesne (“Q”) Martel, che servì durante la Prima e la Seconda guerra mondiale e fu un pioniere dell'ingegneria militare e della strategia di combattimento dei carri armati. Nel 1919, l'ufficiale fu nominato capo di un complesso sperimentale di ponti a Christchurch, Hants, dove studiò le possibilità di utilizzare i carri armati per scopi ingegneristici. Martel pensò di collegare il ponte a un carro armato per utilizzare l'energia del motore per manovrare durante il posizionamento della struttura sul posto. L'ufficiale sviluppò anche il concetto di un ponte a travi a cassone modulare, una novità all'epoca. Questo ponte modulare era relativamente facile da costruire durante l'avanzamento delle truppe nelle campagne militari. Il concetto fu ufficialmente adottato dall'esercito francese negli anni '30.
I ponti a travi a cassone non modulari divennero più popolari durante la rapida crescita delle costruzioni stradali negli anni '60, quando furono realizzati molti ponti contemporaneamente. Ma la fretta senza precedenti causò errori. La popolarità di questo tipo di progettazione fu notevolmente influenzata da tre gravi incidenti in Australia, Germania e Regno Unito, quando tali ponti crollarono. In Inghilterra fu istituito il Comitato Merrison per studiare il design e i metodi di costruzione dei ponti a travi d'acciaio a cassone. Il problema si rivelò legato a soluzioni progettuali e a errori di costruzione. Successivamente, alcuni ponti a travi a cassone furono ricostruiti (in misura maggiore o minore) e rinforzati ulteriormente.
Ponti a travature reticolari
Le campate sono costituite o da travi solide con sezioni trasversali diverse o da strutture reticolari, che vengono anch'esse chiamate travi. Le travature reticolari sono, di norma, ponti ferroviari in metallo. Le travature reticolari sono realizzate in acciaio laminato. La loro leggerezza permette di coprire campate relativamente ampie di 40-150 m.
Una travatura reticolare in cemento armato viene utilizzata per i binari di accesso ferroviari nelle aziende della regione di Kemerovo in Russia.
Gli Stati Uniti hanno una storia piuttosto illustrativa nello sviluppo dei ponti a travatura reticolare. Non mancava il legno, quindi il legname ben lavorato e le barre di ferro venivano solitamente utilizzati per le prime travature reticolari dei ponti americani. Nel 1820 fu brevettata la forma più semplice: la travatura reticolare a griglia di Town. La sua costruzione non richiedeva competenze specifiche né una grande quantità di metallo. Fino alla metà del XIX secolo i ponti interamente in acciaio erano rari in America. Il metallo iniziò a sostituire gradualmente il legno e i ponti cominciarono a essere costruiti con metallo forgiato. Le aziende di costruzione svilupparono molti progetti con travature di forme diverse, che furono venduti con successo in tutto il Paese. Alla popolare travatura reticolare ad arco seguirono la travatura Pratt. Entro la fine del secolo i ponti in ferro forgiato furono sostituiti da quelli in acciaio. Anche altre strutture reticolari, come la travatura Parker Camelback, furono utilizzate in quel periodo. Negli anni ’10 del secolo scorso la maggior parte dei Paesi sviluppati aveva elaborato e standardizzato numerosi progetti di travature reticolari. Oggi sono utilizzate nella costruzione di ponti diverse decine di sistemi di travature reticolari.
Il ponte a travature reticolari del Pont de Québec presenta la campata di ponte a sbalzo più lunga del mondo. Collega Québec e Lévis in Canada con una campata lunga quasi 550 metri. Crollò durante la costruzione (eventi non rari). Errori di calcolo nella fase di pianificazione portarono a un notevole superamento del peso effettivo del ponte rispetto alla sua capacità di carico. Al termine della costruzione gli ingegneri locali notarono alcuni problemi strutturali, ma nessuno prese in considerazione la gravità della situazione. I lavori continuarono indipendentemente dalla richiesta dell'ingegnere capo di fermare completamente la costruzione. Di conseguenza la struttura incompleta crollò in soli 15 secondi nel 1907.
Negli anni 2000 parti danneggiate del Pont de Québec continuano a essere riportate a riva dalle maree. La comunità storica locale ha utilizzato questo metallo per costruire un monumento alla catastrofe. Tuttavia, il Pont de Québec fu completato nel 1919 e oggi ha ricevuto il titolo onorifico di monumento storico dell'ingegneria civile. A Québec circola un mito secondo cui pezzi della campata crollata del ponte sono stati utilizzati per forgiare gli anelli in acciaio che vengono presentati ai futuri ingegneri canadesi durante una cerimonia ufficiale al termine degli studi. Questi anelli, portati al mignolo, sono intesi a ricordare agli studenti sia i doveri sociali sia l'etica professionale. L'anello d'acciaio è inizialmente ruvido, ma diventa liscio con il tempo, simboleggiando l'esperienza acquisita con l'età.
Ponti ad arco
I ponti ad arco appartengono ai cosiddetti sistemi di ancoraggio. Si differenziano dai ponti a trave per il fatto che le loro campate trasferiscono il carico sia verticale che orizzontale agli appoggi. Gli archi rappresentano la struttura portante principale di tale struttura.
I ponti ad arco sono un classico della muratura; il primo risale a 33 secoli fa. Le strutture ad arco furono utilizzate per la costruzione di ponti non solo dagli antichi Greci, ma anche dagli Etruschi. Gli antichi Romani sembrarono essere quelli che compresero tutte le opportunità di questi sistemi.
Gli storici e gli architetti moderni hanno contato più di trecento ponti romani in pietra, tre dozzine di strutture in legno e cinquanta acquedotti, la maggior parte dei quali non solo è sopravvissuta fino ai giorni nostri, ma è ancora utilizzata da pedoni e automobilisti!
I ponti romani ad arco erano per lo più semplici strutture emisferiche. Alcuni di essi erano realizzati come una serie di segmenti di arco. I costruttori di ponti romani furono anche i pionieri nella costruzione di ponti in cemento. Le pratiche romane costituirono in gran parte la base dei successi degli architetti europei nel Medioevo. I sostegni divennero più stretti, le canne degli archi più sottili e le campate più alte. Nel XIV secolo la lunghezza dei ponti ad arco raggiungeva i 40 metri in Spagna, Italia e Francia.
Il ponte di Anji, a sua volta, è l'orgoglio della Grande Cina, essendo il più antico ponte conservato nel Paese. Questo oggetto è stato costruito nel V secolo ed esiste ancora quasi senza modifiche (nonostante otto guerre, dieci grandi inondazioni e numerosi terremoti intensi). La lunghezza del ponte è di 50 metri, la campata di 37 metri e la larghezza di 9 metri. All'epoca della sua costruzione il ponte di Anji era considerato un trionfo dell'ingegneria. Il progettista Li Chun utilizzò archi laterali nella struttura del ponte, che lo resero più stabile. È interessante notare che i costruttori di ponti europei ebbero la stessa idea solo nel XIV secolo.
I ponti in pietra e mattoni ispirano ancora oggi le nuove generazioni di ingegneri e costruttori. Il padre dei moderni principi di progettazione dei sistemi ad arco in pietra è il francese Jean-Rodolphe Perronet. La sua opera più nota è il Pont de la Concorde sulla Senna. Questa struttura, costruita durante la Rivoluzione Francese, continua a sopportare il traffico pesante di Parigi.
Infine, i ponti ad arco metallico ucraini non meritano meno attenzione. Il più lungo è un ponte metallico sul fiume Dnipro che collega la riva destra della città di Zaporizhia all'isola di Khortitsa. In sintesi, è composto da un arco metallico, una trave strallata in acciaio che poggia sull'arco e una soletta in cemento armato. Questa struttura ha permesso ai costruttori del ponte di raggiungere una lunghezza di 320 metri, rendendolo il ponte ad arco più lungo dell'Ucraina.
Nel 1970 è iniziata la costruzione della centrale idroelettrica DniproHES-2 e, in una fase specifica, si è reso necessario interrompere il passaggio dei veicoli sulla diga DniproHES-1 esistente. Poiché i ponti disponibili non erano sufficienti a soddisfare le esigenze logistiche della città, si decise di costruire il nuovo ponte sul fiume Dnipro. Le strutture in acciaio per il ponte sono state prodotte presso lo stabilimento Babushkin di Dnipro; la costruzione è stata inoltre installata da costruttori di ponti di Dnipro. L'installazione è stata seguita dal collaudo delle strutture portanti. A tal fine sono stati utilizzati cinquanta camion del peso di 25 tonnellate ciascuno. Il ponte ha richiesto un rinforzo e il risultato ha superato ogni aspettativa.
All'epoca, questo era l'unico ponte di questo tipo nell'URSS e, forse, nel mondo. Secondo gli architetti, la combinazione di una campata così ampia con un arco in acciaio flessibile e rigido era unica. È stato aperto al traffico nel 1974, ricostruito negli anni 2000, ed è tuttora in uso.
Vantaggi dell'acciaio nella costruzione di ponti
Studiando l'evoluzione degli attraversamenti di ponti, si può notare come le strutture in muratura siano state progressivamente sostituite da ponti in cemento e acciaio, fino ad arrivare a strutture interamente in acciaio.
Nell'agosto del 2018 una sezione di 200 metri del ponte Morandi a Genova in Italia crollò. Questo incidente ebbe un impatto non solo sull'infrastruttura della grande città, ma anche sulla fiducia degli italiani in una delle tecnologie chiave del Paese: il cemento. Questa sezione, lunga poco più di 1 km, attraversava non solo il fiume Polcevera, ma collegava anche il deposito ferroviario e diverse fabbriche con un'area densamente popolata. Al momento della sua apertura, nel 1967, era uno dei ponti in cemento più lunghi del mondo.
L'uso minimo dell'acciaio nel ponte Morandi divenne un simbolo dell'ingegneria italiana. L'Italia del dopoguerra non disponeva delle risorse necessarie per produrre o importare acciaio in quantità sufficiente per soddisfare le esigenze costruttive, a causa delle sanzioni internazionali. Sembrava allora che gli italiani avessero padroneggiato la transizione dall'acciaio al cemento, che offriva durabilità, resistenza e flessibilità.
Col tempo, tuttavia, divenne evidente che il cemento stava invecchiando. Una serie di ispezioni rivelò che il ponte era estremamente usurato e richiedeva una ricostruzione urgente. Come spesso accade, il governo posticipò l'intervento fino a quando la tragedia, con la perdita di vite umane, non lo rese inevitabile. Di conseguenza, il ponte fu completamente demolito entro l'estate del 2019.
Una nuova struttura è stata progettata per sostituirlo, secondo il design del famoso architetto Renzo Piano. La costruzione è stata affidata a Fincantieri Infrastructure, e si prevede il completamento entro agosto 2020. La maggior parte del metallo per il nuovo ponte (15.700 tonnellate) sotto forma di lamiere di ferro è stata fornita da Metinvest Trametal.
Questa e molte altre storie sui ponti dimostrano che l'acciaio è un materiale ideale per la costruzione di ponti. È diventato parte integrante dei ponti moderni grazie alla sua resistenza, flessibilità e lunga durata, anche nelle condizioni più difficili. L'acciaio è un materiale perfetto per la costruzione di ponti di qualsiasi lunghezza, grazie alla sua durabilità e alla facilità con cui può essere prodotto e mantenuto.