lunedì 15 settembre 2014

IL PONTE A TRAVATA E A MENSOLA (The girder bridge and cantilever)

Clapper Bridge at Postbridge, Dartmoor, Devon, Inghilterra
Esempio antico di ponte a travata

 Sviluppo del ponte attraverso i secoli


IL PONTE A TRAVATA E A MENSOLA 

10.000 a.C.: ponti primitivi

Il ponte più semplice è quello a travata, costituito da un elemento orizzontale appoggiato alle due estremità. Poteva essere facilmente costruito dall'uomo primitivo, gettando una tavola di legno tra le due rive di un corso d'acqua. La mensola è invece una trave sostenuta da un peso a una sola estremità. Se il carico che grava sul ponte è troppo pesante, la trave semplice si spezza a metà. La mensola si rompe invece nel punto di sostegno.

Nel V secolo a.C., lo storico greco Erodoto descrisse un ponte a travate multiple, esistente a Babilonia, nell'odierno Iraq. Era costituito da 100 piloni di pietra, uniti tra loro da travi di legno. Ogni campata misurava in media circa 1,5 metri, sicché il ponte, compresi i piloni, era lungo circa 200 metri.

Per i ponti a travate, il legno rimase il materiale migliore, fino a quando, nel XIX secolo, non si poté disporre di travi flessibili di ferro battuto. Ma il legno marcisce, e di conseguenza non si hanno tracce dirette di ponti a travate o a mensola costruiti nell'antichità. Ma se si fa un confronto con le società arretrate d'oggi, se ne deduce che nell'antichità dovevano essere molto diffusi. 
Tuttora i Cinesi costruiscono ponti a mensola con tavole di legno di lunghezza crescente sovrapposte, e saldamente assicurate a una estremità a torri di muratura situate sulle sponde del fiume. Le assi superiori - le più lunghe - si incontrano a metà del tratto da superare, o sono unite tra loro con una semplice trave di legno. 
Questi ponti possono raggiungere un'estensione di circa 45 metri.

Per la sua resistenza all'usura si sfruttò anche la pietra nella costruzione dei ponti, ma le campate erano necessariamente corte e pesanti, data la fragilità del materiale impiegato. Un esempio ben noto è il Ponte di Postbridge, in Inghilterra, con tre campate di pietra, di circa 5 metri di ampiezza. È di tipo neolitico, anche se potrebbe essere stato costruito in epoca posteriore. 
Durante le campagne militari, i Romani costruirono alcuni ponti con travi di legno, sostenute da pilastri anch'essi di legno. Nel 55 a.C., Giulio Cesare gettò sul fiume Reno, in Germania, un ponte di legno lungo 550 metri, con circa 50 campate. La costruzione, come il generale romano scrisse, durò 10 giorni.


1570: ponti europei con travature


 Crumlin viadotto, Ebbw, nel Galles 

Una travatura a capriata è costituita da una intelaiatura di piccoli montanti e tiranti. È più economica, più leggera e quasi altrettanto forte di una travatura massiccia. L'idea derivò dalle capriate di legno che sostenevano le volte delle chiese gotiche. 
Il primo a progettare e costruire ponti con travature a capiate fu l'architetto italiano Andrea Palladio, nel 1570. Una delle sue capriate di legno, lunga 30 metri, attraversava il fiume Cismon (Veneto). 
Molti altri ponti a capriate, ma di minore importanza, vennero costruiti dal Rinascimento in poi. Per opere di maggior mole la preferenza venne comunque data all'arco di pietra.

All'inizio del XIX secolo, l'ingegnere inglese James Warren progettò una travatura reticolare, che doveva poi rivelarsi di grande utilità nell'ingegneria ferroviaria. L'esempio più notevole è costituito dal viadotto Crumlin, realizzato nel 1857, alto 67 metri, che, con campate di 45 metri, portò la ferrovia della Taff Vale al di là del fiume Ebbw, nel Galles meridionale.


1820: ponti con travature a capriata


Cairo Bridge, fiume Ohio 1890 (costruito dopo la morte di Squire Wipple)

La moderna travatura a capriata venne però perfezionata dagli ingegneri americani. Si rivelò di importanza capitale per l'espansione delle ferrovie americane verso l'Ovest, attraverso regioni nelle quali il legname abbondava.

Nel 1820 l'ingegnere Ithiel Town brevettò una capriata costituita da diagonali incrociate a formare un traliccio. Si dimostrò efficiente per il traffico stradale leggero, ma i carichi, imposti dalle locomotive, resero necessaria la costruzione di travature a capriata, fatte di triangoli congiunti tra loro, dato che un triangolo non può deformarsi a meno che si spezzi.

Questo sistema venne applicato nelle capriate di legno disegnate da William Howe, nel 1840, e da Caleb e Thomas Pratt, nel 1844. 
Nel 1847, Squire Wipple aveva già introdotto le prime capriate di ferro, che continuarono a essere usate per buona parte del XX secolo, e aveva inoltre descritto come calcolare gli sforzi esercitati su ciascun elemento. Gli ingegneri potevano ora progettare i ponti servendosi della matematica, e non solamente dell'intuito.


1849: travatura ad "arco e corda"


Ponte di Sydney, in Australia

In Inghilterra, l'ingegnere ferroviario Robert Stephenson, partendo dall'opera di Squire Wipple, ideò la travatura ad "arco e corda" costituita da un arco con un tirante orizzontale (corda), che impedisce alle sue estremità di allargarsi. Viene usata come una trave semplice appoggiata alle estremità. 
L'arco a campata unica, come quello del Ponte di Sydney, in Australia, è apparentemente simile, benché molto più grande. Ma in questo esempio la spinta laterale dell'arco è sostenuta da enormi fondamenta di cemento.

Stephenson adottò la travatura ad "arco e corda" per la costruzione del Ponte High-Level a Newcastle upon Tyne, ultimato nel 1849: sei campate, di 38 metri ciascuna, sostengono la ferrovia nella parte superiore e una strada nella parte inferiore. Per piantare i pali delle fondamenta, venne impiegato per la prima volta un maglio a vapore.


1850: anticipazione della travatura a cassoni

Le sei campate del Ponte Europa, presso lnnsbruck, in Austria, sono fatte con un'unica trave  continua a cassoni. È questo un esempio tipico dei ponti di media grandezza costruiti in Germania e in Austria, dalla fine della Seconda Guerra Mondiale. Il ponte ha una luce centrale di 180 metri, e sostiene la carreggiata autostradale a 190 metri sopra il fondo della valle. La linea semplice e netta di questa opera è una testimonianza dello spettacoloso successo riscosso dalla travatura a cassoni. Un successo che scaturisce dalla grande sottigliezza, e quindi dalla leggerezza, dell'acciaio impiegato. In maggior parte dei ponti moderni caratterizzati dalla travatura a cassoni si trova sulle autostrade.

   
Un altro ponte, ancor più importante, venne completato da Stephenson l'anno successivo.
Chiamato patriotticamente Ponte Britannia, portava la ferrovia attraverso lo Stretto di Menai nel Galles settentrionale.
Le travate erano costituite da tubi rettangolari, all'interno dei quali passavano i treni. Il ponte aveva due campate laterali di 70 metri e una centrale di 140. I tubi erano saldati assieme attraverso torri, formando due travi continue di 460 metri di lunghezza. Questo sistema era più robusto di una serie di travi semplici, perché le campate si equilibravano a vicenda come delle mensole. I tubi laterali vennero montati su impalcature, mentre quelli della campata centrale vennero fabbricati sulle sponde dello Stretto.
Caricati su chiatte, vennero messi in posizione tra i due piloni, e quindi issati a 30 metri d'altezza.
Distrutto da un incendio nel 1970, questo ponte costituì la prima grande trave continua e fu il precursore della travatura a cassoni.


1867: ponti a mensola


Ponte ferroviario di Forth, in Scozia

In un ponte a mensola bilanciata, i bracci si protendono dai due lati di un pilone centrale, in modo da equilibrarsi a vicenda come in un'altalena. Il primo ponte costruito in questa forma moderna fu quello progettato da Heinrich Gerber e gettato nel 1867 sul fiume Meno, ad Hassfurt, in Germania. Delle sue tre campate, quella centrale era lunga 48 metri. 
Dieci anni più tardi, Charles Shaler Smith costruì sul fiume Kentucky, negli Stati Uniti, un ponte a mensola bilanciata, di ferro battuto, con tre campate di 114 metri ciascuna.

Il primo ponte importante a mensola bilanciata fu quello ferroviario di Forth, in Scozia. Le due campate principali, di 521 metri ciascuna, erano allora le più lunghe del mondo, e il ponte misurava in tutto quasi 3 km di lunghezza.
Progettato da Benjamin Baker, fu completato nel 1890, dopo otto anni di lavori, in cui furono impiegate 50.000 tonnellate di acciaio. Le mensole erano collegate, tra le due campate principali, da capriate d'acciaio lunghe 106 metri e liberamente sospese.


1879: travatura a traliccio


Il ponte di Tay prima del disastro

Il Ponte di Tay, nella stessa linea ferroviaria su cui si trova quello di Forth, raggiungeva i 3 km di lunghezza ed era allora il più lungo del mondo. L'ingegnere Thomas Bouch, ideatore dell'opera e direttore dei lavori, aveva progettato un ponte con 85 campate di travature a traliccio, sostenute da snelle colonne di ghisa. Le 13 travate centrali, le cosiddette "travi alte", erano sollevate su tutt'e due i lati rispetto alla linea ferroviaria a binario unico, in modo da lasciare più spazio libero alla navigazione fluviale sottostante.
L'ultima domenica del 1879, il treno proveniente dal Sud e diretto a Dundee arrivò sul ponte, che erano da poco passate le 7 di sera. Il cielo era buio e tempestoso. Quando il convoglio, che trasportava 75 passeggeri, fu giunto quasi a metà del ponte, venne scaraventato nel fiume, 50 metri più in basso, da una raffica di vento. Anche le "travi alte" vennero spazzate via. Solo la locomotiva si salvò dal disastro.
La successiva inchiesta, ordinata dal Ministero dell'Industria, imputò l'incidente a errori di progettazione e di costruzione. Bouch aveva previsto una pressione del vento pari ad appena un quinto di quella calcolata da Baker per il Ponte di Forth. E inoltre, per evitare una nuova fusione, aveva fatto tappare gli interstizi nelle colonne di ferro con cera vergine, resina e nerofumo. Bouch venne completamente screditato e mori quattro mesi più tardi.


1948: travatura a cassoni


Ponte sul fiume Rio Niteroi, in Brasile

Una moderna trave a cassoni è costituita da un tubo a sezione rettangolare, irrigidito da parade interne, che lo fanno rassomigliare a una serie di cassoni. La sua larghezza di solito si aggira sui 3 metri. Un ponte può avere una trave a cassoni per ciascuna delle due carreggiate oppure una sola nel centro, con le due carreggiate che sporgono a sbalzo dai lati. Le travi sono, in genere, di acciaio sottile, ma oggi si usa anche il cemento armato. 
Durante la Seconda Guerra Mondiale, circa 5.000 ponti di media grandezza - dai 150 ai 300 metri di luce - furono distrutti in Germania e in Austria. La travatura a cassoni di acciaio fu l'elemento risolutivo di un vasto programma di ricostruzione. E di fatto tutte le migliaia di travature a cassoni, costruite nel mondo, sono impiegate in funzione dello sviluppo di reti stradali o autostradali.

Uno dei più importanti ponti con travatura a cassoni attraversa il Rio Niteroi, in Brasile. Costruito nel 1974, è lungo circa 8 km con una luce di 285 metri, formata da travi a cassoni disposti parallelamente.





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