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Ponte ad arco

Ponte ad arco: caratteristiche e tipologie

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Cos’è il ponte ad arco e come è strutturato? Scopri quali sono le tipologie esistenti e i materiali utilizzati nella costruzione

Il ponte unisce ciò che per natura è diviso, trasforma il vuoto in un luogo. “L’arco è un elemento forte che nasce dalla somma di due debolezze: i quarti di cerchio che tendono a cadere e che, opponendosi tra loro, si convertono in un’unica forza” – così Leonardo Da Vinci definiva l’arco nel XV secolo.

Si tratta di un elemento strutturale che ha origini antichissime, i primi resti risalgono alla civiltà mesopotamica (IV – III millennio a.C.).

Esistono vari tipi di ponti, in questo approfondimento ci focalizziamo sul ponte ad arco. Le più avanzate tecnologie digitali offrono non solo software per la progettazione dei ponti, ma anche piattaforme cloud per la gestione, l’ispezione, il monitoraggio e la manutenzione dei ponti.

Ponti ad arco: cosa sono?

I ponti ad arco sono ponti fissi: l’impalcato è retto da una struttura ad arco che li caratterizza e li differenzia dagli altri. Questo schema statico consente di trasferire parte del peso e dei carichi (persone, auto o treni) in forze orizzontali, contrastate dai piedi di entrambe le sponde. I ponti ad arco si caratterizzano per la loro struttura portante principale, formata appunto da un arco curvilineo e solitamente soggetto a sforzi di compressione. Questo arco si estende di solito nella parte superiore dell’impalcato del ponte, il quale è supportato dall’arco stesso attraverso elementi verticali tesi, conosciuti come pendini.

Ponte ad arco: le 3 tipologie

Possiamo fare una classificazione da un punto di vista morfologico. In base alla posizione dell’impalcato, il ponte ad arco può essere:

  • a via inferiore;
  • a via superiore;
  • a via intermedia.

Ponte ad arco a via inferiore

In questo caso il piano viabile si trova sotto l’arco di sostegno ed è ancorato con tiranti. L’impalcato è sospeso all’arco grazie ad elementi verticali o inclinati (pendini o tiranti) che vengono sollecitati a trazione. La travata dell’impalcato si può unire con le estremità dell’arco e bilanciare le componenti orizzontali delle azioni trasmesse dall’arco. Questa tipologia di ponti prende il nome anche di “arco a spinta eliminata”. Un esempio di questo tipo di struttura è il White Bridge di Ahvaz, in Iran.

Ponte ad arco a via intermedia

In questo caso il piano viabile è a metà altezza rispetto all’arco di sostegno. L’arco si divide in due elementi laterali per non invadere la carreggiata ed è formato da un elemento centrale, mentre l’impalcato è sorretto da tiranti nella zona centrale ed appoggiato tramite setti agli estremi. Il ponte sul Tyne, a Newcastle (Inghilterra) e il Ponte Chaotianmen sul Fiume Azzurro nella città di Chongqing (Cina) sono due esempi di ponti ad arco a via intermedia.

Ponte ad arco a via superiore

In questo caso il piano viabile si trova sopra l’arco. L’impalcato è retto dall’arco grazie ad una serie di elementi verticali o subverticali (piedritti) sollecitati a compressione. Questi elementi sono stati progettati per sopportare forze di compressione e per trasferire sull’arco di sostegno i carichi a cui il ponte è sottoposto. L’arco scarica a terra queste forze distribuendole in due componenti: il peso (verticale) e la spinta (orizzontale). Le forze in questo caso sono molto consistenti, molto più rispetto ad altre tipologie di ponti, motivo per cui l’arco viene detto “spingente”. Un esempio di ponte ad arco a via superiore è il Ponte San Michele di Paderno d’Adda.

Ponte ad arco in muratura

La massima diffusione dei ponti ad arco si ebbe in epoca romana. I ponti ad arco venivano costruiti in muratura, a sagoma semicircolare. A riprova del fatto che si tratta di una struttura molto salda e duratura, si possono vedere ancora oggi molti esempi di archi romani resistiti al rincorrersi delle primavere. I ponti in muratura sono in genere sempre ad arco in quanto è un materiale che non risponde molto bene alla trazione. Gli archi possono essere anche più di uno e poggiano su supporti che resistono senza spostamenti significativi, all’azione meccanica dell’arco (spinta). I supporti sono in genere formati da muri molto spessi (i pilastri) che poggiano sulla terraferma o plinti sulle rive di un fiume.

Con l’evolversi delle tecniche costruttive, i ponti ad arco cominciarono a differenziarsi nella sagoma e a diventare molto più snelli e leggeri, potendo raggiungere luci maggiori. Un esempio importante è il ponte Vecchio di Firenze, uno dei primi ponti ad arco ribassato.

Come è fatto un ponte ad arco in muratura? Le parti principali sono:

  • l’arcata, che costituisce la struttura che porta il piano percorribile;
  • il sostegno delle arcate (spalla, pila);
  • le opere di fondazione che rappresentano la parte del ponte non visibile;
  • gli elementi posti al di sopra dell’arcata per fornire un piano percorribile piano (rinfianco, cappa riempimento);
  • i timpani o muri frontali che contengono il riempimento e sono impostati sulla parte più esterna dell’arcata.

Ponte ad arco in legno

Oltre ai ponti in pietra venivano realizzati anche ponti in legno, almeno fino al XIX secolo, anche se considerati meno importanti di quelli in muratura e per questo meno diffusi.

Ponti ad arco in acciaio

Grazie allo sviluppo delle tecniche di lavorazione di ghisa e ferro, a partire dalla fine del XVIII secolo, cominciarono a comparire i ponti ad arco metallici. Il primo esempio è il ponte di Coalbrookdale (di A. Darby, sul fiume Severn in Gran Bretagna a via superiore). In seguito la maggior parte dei ponti furono a via inferiore, in cui il collegamento tra l’arco e l’impalcato era realizzato con una struttura reticolare. In quel momento storico l’unica soluzione per resistere a grandi sforzi assiali di trazione era realizzare la catena con un tirante metallico. Ancora oggi possiamo ammirare molti ponti ad arco in acciaio con impalcato inferiore.

Ponte ad arco tirante

Il ponte ad arco tirante (ponte bowstring) è stato inventato da Squire Whipple che, a seguito del brevetto “Iron Bowstring Bridge” risalente al 1841. I primi ponti bowstring erano composti da un arco molto rigido e da un impalcato a travata sottile che veniva sorretta da una cortina di pendini.

Andando a diminuire la rigidezza dell’arco, quest’ultimo veniva sottoposto esclusivamente alla compressione dato che si riducevano gli sforzi di flessione a cui era soggetto. Bisognava, però, aumentare la rigidezza dell’impalcato per far in modo che potesse resistere a carichi più pesanti senza deformarsi. Il risultato è un ponte analogo a quello sospeso.

Ponte ad arco in calcestruzzo

I primi ponti ad arco in calcestruzzo risalgono all’inizio del ‘900. Il calcestruzzo è un materiale resistente alla compressione e, proprio per questa ragione, molto adatto ai ponti ad arco. Possiamo dire che i ponti ad arco in calcestruzzo sono i degni discendenti di quelli in muratura, con un vantaggio da non sottovalutare: la possibilità di realizzare l’arco monolitico, ottenendo così le forme desiderate.

A causa del peso elevato delle strutture, la diffusione dei ponti ad arco in calcestruzzo, all’inizio fu limitata. In seguito l’impresa Christiani & Nielsen progettò e realizzò numerosi ponti ad arco in calcestruzzo con pendini inclinati, con luci superiori ai 140 m. In Francia, ad esempio, fu costruito nel 1933 il ponte di Castelmoron, un arco a due cerniere in calcestruzzo, a via intermedia, con luce 143 m.

Attualmente, i ponti ad arco in calcestruzzo armato (cemento) sono una soluzione molto diffusa per luci medio-grandi, grazie ai progressi tecnologici nel campo dei materiali. L’uso di calcestruzzi ad alta resistenza e di acciai sempre più avanzati, insieme alla tecnica della precompressione, ha reso possibile la realizzazione di opere prima impensabili. Negli ultimi anni sono stati costruiti splendidi esempi di ponti ad arco in calcestruzzo, come il ponte Infante Dom Henrique sul fiume Duero a Porto e il ponte del Terzo Millennio sull’Ebro a Saragozza.

Verifica ponte ad arco in muratura

Per quanto riguarda la verifica della sicurezza di un ponte ad arco, bisogna far riferimento alle linee guida per la sicurezza ed il monitoraggio dei ponti. Il 23 agosto 2022 sono state pubblicate in Gazzetta Ufficiale n. 196 le linee guida del Ministero delle Infrastrutture e della Mobilità Sostenibile, con decreto ministeriale  1° luglio 2022. Esse definiscono una procedura multilivello e multiobiettivo per la gestione del rischio dei ponti esistenti e definiscono i requisiti e le indicazioni relative al sistema di monitoraggio dinamico.

Il documento del MiMS si compone di 3 parti:

  • censimento;
  • classificazione del rischio;
  • verifica della sicurezza, sorveglianza e monitoraggio dei ponti e dei viadotti esistenti (nel seguito semplicemente “ponti” o “opere”).

Vista la complessità della materia, è necessario affidarsi a strumenti avanzati per la corretta gestione dei ponti, la puntuale ispezione dei ponti e il costante monitoraggio della salute strutturale dei ponti in grado di garantire sicurezza, sostenibilità ed efficienza delle infrastrutture di collegamento.

 

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