I ponti sono una parte così comune della vita quotidiana che spesso vengono dati per scontati. Sia che si guidi, si cammini o si viaggi in treno, essi ci permettono di attraversare corpi d’acqua, valli, strade e altre barriere geologiche e artificiali. Altrettanto importante, permettono alle linee di servizio vitali, compresi i cavi e gli oleodotti, di attraversare anche queste barriere.
Diamo un’occhiata ad alcuni disegni di ponti comuni, come si sono evoluti nel corso dei secoli, e lo scopo che ogni disegno serve. Già che ci siamo, facciamo un passo indietro e ammiriamo alcuni esempi notevoli di ciascuno. Potrebbe aiutare te e i tuoi clienti a vedere i ponti sotto una nuova luce.
#1 – Ponte a trave
I ponti a trave sono generalmente considerati la forma più semplice di ponte. Quanto semplice? Quando gli uomini delle caverne posavano tronchi sopra i ruscelli per attraversarli, stavano costruendo i primi ponti a trave.
Questi ponti di base tipicamente coprono distanze relativamente brevi. Per costruire un ponte a trave (noto anche come ponte a trave), tutto ciò che serve è una struttura orizzontale rigida (una trave) e due supporti, uno ad ogni estremità, su cui appoggiarla. Queste cose sostengono il peso verso il basso del ponte e il traffico che viaggia su di esso.
Il ponte a trave più semplice potrebbe essere un tronco, un’asse di legno o una lastra di pietra posata su un torrente stretto. Quelli più complicati sono di solito costruiti in acciaio o cemento o una combinazione dei due. Gli elementi in calcestruzzo possono essere rinforzati, precompressi o post-tesi.
Struttura di un tipico ponte a trave.
Per sostenere il peso, un ponte a trave sopporta sia la compressione che la tensione.
Per capire come funziona, pensa a questo semplice modello o provalo nel tuo garage. Immaginate di prendere una tavola e di metterla sopra due mattoni. Questo è un semplice ponte di travi. Se mettete un peso pesante al centro della tavola, questa si piegherà. Il lato superiore si piegherebbe sotto la forza della compressione, e il lato inferiore si piegherebbe sotto la forza della tensione. Aggiungi abbastanza peso e il “ponte” alla fine si romperà. Il lato superiore si piegherebbe e il lato inferiore si spezzerebbe.
Con questo esempio, potete capire i fattori che un ingegnere deve considerare quando progetta un ponte.
I ponti a trave sono generalmente usati per attraversare distanze relativamente brevi (di solito meno di 250 piedi) perché a differenza di altri tipi di ponti, non hanno supporti incorporati. Gli unici supporti sono forniti dai piloni. Più distanti sono i supporti, più debole diventa un ponte a trave. Questo non significa che i ponti a trave non possano essere usati per attraversare distanze più lunghe, semplicemente richiede che una serie di ponti a trave siano uniti insieme, creando ciò che è noto come una campata continua.
Lake Pontchartrain Causeway, Louisiana
- Porta: Quattro corsie di traffico
- Attraversa: Lago Pontchartrain
- Località: Metairie e Mandeville, Louisiana
- Costruzione: Ponte a campata continua
- Lunghezza: 23.87 mi (38.442 km)
- Altezza: 15 ft
- Completato: 1956 (direzione sud), 1969 (direzione nord)
Ponti a travi più lunghi e complessi sono costruiti usando molte travi allineate una accanto all’altra con un ponte in cima ad esse. Le travi principali possono essere travi a I (conosciute anche come travi ad H), capriate o travi a cassone. Potrebbero correre a metà del ponte o per tutta la sua lunghezza.
I ponti a travi sono usati per trasportare pedoni, automobili, camion e linee ferroviarie attraverso campate a distanza limitata. Sono frequentemente usati per la monorotaia e i sistemi di transito sopraelevati. Sono anche preziosi per trasportare cavi di servizio e condutture su brevi distanze verso case, comunità isolate e suddivisioni.
Suggerimento: molti ponti a trave sono strutture storiche, e ci sono limiti su come i servizi possono essere trasportati su di essi. Lo stato del Connecticut, sede di molti di questi ponti storici, offre linee guida su come gestire questo problema.
#2 – Ponte a travata
Francis Scott Key Bridge – Baltimora, Maryland
- Porta: Quattro corsie di traffico
- Attraversa: Patapsco River
- Località: Baltimora, Maryland
- Costruzione: Ponte a capriate continue ad arco in acciaio
- Lunghezza: 8.636 piedi
- Altezza: 185 piedi
- Completato: 1977
Un ponte a capriate presenta una capriata prominente, che è una struttura di elementi collegati che formano unità triangolari. Una capriata è usata perché è una struttura molto rigida che trasferisce il carico da un singolo punto di un ponte ad un’area molto più ampia. I ponti a capriata possono attraversare campate più lunghe dei ponti a trave di base.
Struttura di un tipico ponte a capriata.
I ponti a capriata apparvero molto presto nella storia dei ponti moderni. Sono relativamente economici da costruire perché usano i materiali in modo efficiente.
I ponti a travata erano costruiti per lo più in legno all’inizio del 1800 e lentamente passarono alla costruzione in ferro dalla metà di quel secolo. L’acciaio divenne lo standard negli anni 1880. Alcuni stati continuarono a costruire ponti a capriate in acciaio fino al 1930, mentre altri li abbandonarono prima, scegliendo invece di costruire ponti a travi e travicelli in cemento armato.
Esistono ancora esempi di questi ponti negli Stati Uniti, ma il numero sta diminuendo perché vengono demoliti e sostituiti con tipi di ponti più moderni. Alcuni ponti a capriate sono estremamente semplici e utilitaristici, mentre altri usano dettagli di design più elaborati.
Nel corso della storia, gli ingegneri hanno sperimentato diverse forme di ponti a capriate, cercando di trovare modi migliori per risolvere particolari problemi. Un ponte a capriate può avere un impalcato o una massicciata in cima (capriata a ponte), nel mezzo (capriata passante), o alla base della capriata. Se i lati della capriata si estendono al di sopra della massicciata ma non sono collegati, è chiamato pony truss o half-through truss.
I ponti a travata sono attraversati da pedoni, automobili, camion, ferrovie leggere e pesanti. Di solito sono usati per attraversare i fiumi piuttosto che le strade. I ponti a traliccio sono stati storicamente utilizzati per trasportare acqua e fognature attraverso tubi che attraversano le campate. Nel corso degli anni sono state aggiunte anche linee elettriche e cavi. Molte di queste infrastrutture di servizio stanno invecchiando, e anche se il ponte non viene sostituito, le linee di servizio spesso hanno bisogno di essere sostituite.
Nota: È importante usare attrezzature sicure progettate specificamente per la manutenzione sotto i ponti quando si aggiornano le infrastrutture di servizio invecchiate sotto i ponti a travata. Guarda questi esempi.
#3 – Ponte a sbalzo
Ed Koch Queensboro bridge – New York City
- Porta: Dieci corsie di traffico, quattro superiori, sei inferiori, più corsie per pedoni &biciclisti
- Attraversa: East River
- Località: New York City (da Manhattan al Queens)
- Costruzione: Ponte a sbalzo a due piani
- Lunghezza: 3.724 piedi
- Altezza: 130 piedi
- Completato: 1909
Questi tipi di ponti sono costruiti usando cantilever, che sono strutture che si proiettano orizzontalmente nello spazio, sostenute solo da un’estremità. Per le piccole passerelle, gli sbalzi possono essere semplici travi. I ponti a sbalzo più grandi, progettati per gestire il traffico stradale o ferroviario, usano capriate costruite in acciaio strutturale o travi a scatola costruite in cemento precompresso.
Struttura di un ponte a sbalzo.
I ponti a sbalzo a capriate in acciaio sono stati una grande scoperta ingegneristica nel 1800, poiché possono coprire distanze di oltre 1.500 piedi e sono più facilmente costruiti in attraversamenti difficili, come autostrade, corsi d’acqua profondi, o aree popolate, usando poco o nessun supporto a terra.
Gli ingegneri costruiscono ponti a sbalzo più lunghi aggiungendo più supporti. Questo distribuisce il carico tra di loro, il che aiuta a raggiungere una maggiore lunghezza.
I ponti a sbalzo possono essere costruiti senza false opere sotto e torri di supporto e cavi sopra. Questo livello di semplicità di costruzione è uno dei loro grandi vantaggi. Sono anche di costruzione molto rigida, quindi possono trasportare carichi relativamente grandi, comprese le linee ferroviarie, che è un uso comune per questi ponti.
Molti di questi ponti portano i servizi attraverso le loro campate in aree urbane dense. Guarda questo esempio di un grande progetto che ha coordinato l’installazione di una varietà di servizi, tra cui reti in fibra ottica, gas, acqua, acque piovane estese, acque reflue e linee di comunicazione protette dal governo in un singolo progetto.
#4 – Ponte ad arco
Stone Arch Bridge – Minneapolis, Minnesota
- Trasporta: Pedoni e ciclisti
- Attraversa: Fiume Mississippi
- Località: Minneapolis, Minnesota
- Costruzione: 21 campate ad arco in pietra e una campata a ponte in acciaio
- Lunghezza: 2.100 piedi
- Larghezza: 28 piedi
- Completato: 1883
Il ponte ad arco è uno dei tipi più comuni di ponti. Sono entrati in uso più di 3.000 anni fa e sono rimasti popolari fino alla rivoluzione industriale. A quel tempo, l’invenzione dell’acciaio, del cemento e di altri materiali avanzati ha aiutato gli ingegneri a sviluppare altri disegni di ponti moderni. Tuttavia, i ponti ad arco rimangono in uso anche oggi, e con l’aiuto dei materiali moderni, possono essere costruiti più grandi di quanto fossero in passato.
Un ponte ad arco ha pilastri ad ogni estremità e ha la forma di un arco curvo o a punta. L’ingegneria dei ponti ad arco si basa sul trasferimento del peso del ponte e dei suoi carichi parzialmente in una spinta orizzontale spinta dalle spalle su entrambi i lati del ponte. Un ponte più lungo può essere fatto da una serie di ponti ad arco, anche se opzioni più economiche sono tipicamente usate oggi.
Struttura di un semplice ponte ad arco.
Lo sapevi? È l’arco stesso che dà la sua forza al ponte che porta il suo nome. Infatti, un arco fatto di pietra non richiede malta.
Credeteci o no, i ponti ad arco in pietra e legno divennero molto popolari durante l’Impero Romano. Gli ingegneri romani costruirono oltre 1.000 ponti ad arco in pietra in Europa, Asia e Nord Africa. Molti di questi ponti rimangono in piedi ancora oggi, dimostrando la loro forza e durata. Strutture simili a ponti furono tra i primi a servire una funzione di utilità. Venivano usati per trasportare l’acqua dall’esterno delle città nelle aree urbane, in modo simile a come oggi i ponti trasportano tubi per trasportare l’acqua da un posto all’altro.
Con il passare dei secoli, gli architetti medievali migliorarono i progetti precedenti, creando ponti ad arco con pilastri più stretti, canne più sottili, archi appuntiti e campate più ampie. Gli architetti rinascimentali non solo costruirono alcuni dei ponti strutturalmente più solidi della storia, ma crearono anche alcuni dei più belli. Il ponte di Rialto a Venezia è uno di questi esempi. Negli ultimi 150 anni, ponti ad arco più grandi e ambiziosi sono stati costruiti in ferro, acciaio e cemento.
La forza e la durata dei ponti ad arco permettono loro di essere usati per trasportare pedoni, veicoli, ferrovie leggere e pesanti, e come detto, alcuni sono stati costruiti per trasportare esclusivamente acqua da un posto all’altro. Quando si tratta di sostenere i servizi moderni, i ponti ad arco spesso non sono efficaci. È impossibile sostenere le infrastrutture necessarie all’interno dell’arco, e metterle lungo il lato di un ponte può essere antiestetico e lasciarle esposte alle intemperie.
In effetti, la maggior parte degli stati offre una guida su come le utenze dovrebbero essere sospese dai ponti, ed è difficile trovarne una che offra consigli su come farlo su un ponte ad arco, tranne questo esempio dallo stato di Washington.
#5 – Ponte sospeso
Golden Gate Bridge – San Francisco, California
- Porta: Sei corsie di traffico, pedoni e ciclisti
- Collega: San Francisco e Marin County, California
- Costruzione: Sospensione, arco a capriate e sopraelevata
- Lunghezza: 8.981 piedi
- Altezza: 746 piedi
- Completato: 1933
Questo tipo di ponte ha cavi di sospensione tra le torri e cavi di sospensione appesi alle torri, che tengono il ponte. I cavi di sospensione sono ancorati ad ogni estremità del ponte, e portano la maggior parte del carico.
Struttura di un ponte sospeso.
I complessi ponti sospesi di oggi si sono evoluti da versioni semplici risalenti al XV secolo. Avevano cavi portanti ma non torri. I ponti sospesi più elementari includono la corda, la rete e altri ponti intrecciati.
Il primo ponte sospeso in stile moderno negli Stati Uniti fu costruito in Pennsylvania nel 1801. Nel corso degli anni, i ponti sospesi divennero popolari perché superavano ampi spazi che altri ponti non potevano. Oltre a questo, sono meno costosi da costruire perché usano meno materiale della maggior parte degli altri ponti.
I ponti sospesi sono più resistenti ai terremoti di praticamente qualsiasi altro tipo di ponte. Inoltre, è facile aggiornarli per fare spazio a veicoli più larghi o a corsie di traffico aggiuntive. È anche relativamente facile sospendere cavi di servizio e linee elettriche su lunghe distanze su un ponte sospeso.
Gli aspetti negativi: la costruzione tende ad essere molto rigida per farli resistere ai venti forti, e la maggior parte non può gestire il pesante peso dei treni. Spesso ci vogliono grucce speciali per supportare le infrastrutture di servizio fuori dai complessi tipi di ponti sospesi.
#6 – Ponte ad archi legati
Fremont Bridge – Portland, Oregon
- Porta: Quattro corsie, due ponti di traffico
- Attraversa: Fiume Willamette e strade
- Località: Portland, Oregon
- Costruzione: Tied-arch bridge
- Lunghezza: 2.154 piedi
- Altezza: 381 piedi
- Completato: 1973
Un ponte ad arco vincolato (chiamato anche ponte ad arco o ad arco di cerchio) è un tipo di ponte che ha una costola dell’arco su ogni lato della carreggiata (ponte) e una trave di collegamento su ciascuno degli archi che sostengono il ponte. I tiranti verticali collegati agli archi sostengono il ponte dall’alto.
Struttura di un ponte ad archi legati.
Questo tipo di ponte può essere pensato come un incrocio tra un arco e un ponte sospeso. Lo stile di costruzione combinato permette al ponte di essere costruito con fondazioni meno ingombranti dei ponti ad arco, il che significa che sono una grande opzione per luoghi difficili che richiedono pilastri elevati o in luoghi dove il terreno è instabile. La costruzione ad arco li rende ideali per situazioni in cui un ponte deve essere costruito fuori sede, consegnato e fatto scivolare sul posto. Questo non è possibile con i ponti sospesi.
I ponti ad arco vincolato possono avere molti benefici, ma non sono perfetti. Richiedono saldature alla connessione tra la costola dell’arco e le travi di collegamento e alla connessione tra l’arco e i tiranti verticali. Queste saldature devono essere riparate regolarmente, il che può essere costoso, lungo e scomodo. La costruzione e la progettazione di questo tipo di ponte non è ridondante, il che significa che se anche una sola delle due travi di collegamento cede, l’intera struttura crollerà. Infine, i ponti ad arco legati sono più costosi da costruire rispetto agli altri tipi di ponti della stessa lunghezza.
La semplice costruzione di questo tipo di ponte li rende buoni per sostenere tubi e cavi di utilità.
#7 – Ponte strallato
Bob Graham Sunshine Skyway Bridge – Tampa Bay, Florida
- Trasporta: Quattro corsie di traffico
- Attraversa: Tampa Bay, Florida
- Costruzione: Ponte strallato continuo in cemento armato precompresso
- Lunghezza: 1,1 miglia
- Altezza: 430 piedi
- Completato: 1987
A prima vista, un ponte strallato può sembrare una variazione di un ponte sospeso, ma sono strutturalmente diversi. A differenza dei ponti sospesi, i ponti strallati non richiedono ancoraggi e non sono necessarie due torri. Invece, i cavi possono correre dalla carreggiata fino a una torre che sostiene tutto il peso.
Struttura di un ponte strallato.
Il design di base del ponte strallato risale a quasi 500 anni fa. Le versioni moderne hanno cominciato ad essere costruite in Europa dopo la seconda guerra mondiale come sostituzioni economiche per i ponti danneggiati durante la guerra.
La torre di un ponte strallato assorbe e distribuisce tutte le forze di compressione del ponte. I cavi possono essere attaccati alla carreggiata in diversi schemi. Per esempio, in uno schema radiale, i cavi si estendono da diversi punti sulla strada ad un singolo punto della torre. In un modello parallelo, i cavi si attaccano sia alla carreggiata che alla torre in diversi punti separati.
Oggi, i ponti strallati sono una scelta popolare in quanto offrono tutti i vantaggi di un ponte sospeso, ma ad un costo inferiore per campate più brevi. Richiedono meno cavi d’acciaio, sono più veloci da costruire e incorporano più sezioni prefabbricate in calcestruzzo. I progetti di alcuni di questi ponti possono offrire un significativo wow-factor.
Conclusione
Ogni tipo di ponte serve uno scopo diverso e può essere usato per superare diversi tipi di gap e barriere. Tuttavia, i ponti sono più che semplici oggetti utilitaristici. Sono anche meraviglie di ingegneria e cose di bellezza. Speriamo che questa panoramica vi aiuti ad apprezzare ulteriormente i dettagli dei ponti che attraversate ogni giorno.
Per apprezzare ancora di più i ponti, date un’occhiata al nostro post sui più grandi ponti americani.
