By l ponti sospesi
In questa rubrica non possiamo non prendere in considerazione una delle categorie più spettacolari di ponti, i ponti sospesi.
Il ponte sospeso ha una struttura principale caratterizzata da funi di bassa rigidezza flessionale che sorreggono l’impalcato attraverso elementi di sospensione. Questo tipo di ponte attualmente si realizza solamente per coprire grandi luci. Mentre storicamente questo tipo di ponti veniva utilizzato per il passaggio pedonale, adesso riesce ad ospitare anche corsie autostradali e traffico ferroviario.
Come resiste ai carichi un ponte sospeso?
La statica di questa struttura è abbastanza semplice: il peso dell’impalcatura viene trasmesso ai tiranti verticali, anche detti pendini, che a loro volta trasmettono il carico ai cavi principali.
Questi sono collegati alle torri, che risultano compresse. I cavi principali vengono poi fissati al suolo mediante dei blocchi di ancoraggio. Tutto ciò viene però complicato dalla difficile configurazione di equilibrio dei cavi principali, che avendo bassa rigidezza flessionale, si deformano differentemente ad ogni variazione del carico agente sugli stessi.
I cavi principali e i tiranti
I cavi principali sono gli elementi principali della struttura. Questi sono costituiti da numerosi fili d’acciaio, poi compressi tra loro (per esempio mediante una pressa idraulica cilindrica) per formare un cavo unico. Sono spesso uniti tra loro sotto forma di trefoli, che assumono numerose geometrie.
I tiranti verticali sono naturalmente anch’essi di acciaio nella costruzione di ponti moderni, poichè lavorano a trazione, e sono di diametro molto minore a quello dei cavi principali. Il loro compito infatti è quello di sostenere una parte dell’impalcato, che dipende dalla distanza tra gli stessi.
Tutto ciò contribuisce a far assumere al ponte la configurazione per la quale è famoso. Infatti essendo i cavi principali caricati mediante i tiranti, la configurazione che ne viene fuori è parabolica. La forma pero è differente dalla catenaria che risulterebbe qualora sul cavo gravasse solamente il peso proprio.
Le torri
Le torri sono generalmente l’elemento più imponente del ponte, esse devono sostenere il carico dell’impalcato, che gli viene trasmesso dal cavo, risultando solitamente molto rigide. All’interno delle torri inoltre si posizionano le selle, elementi che distribuiscono l’enorme tensione proveniente dal cavo, su tutta la superficie della torre.
Questi sforzi sono poi trasmessi alle fondazioni del ponte. Queste sono spesso di calcestruzzo armato e sono costruite mediante tantissimi accorgimenti affinché un clima ostile come può essere quello marino, non infici le proprietà strutturali di queste grandi opere.
L’impalcato
L’impalcato inoltre, per un ponte sospeso di grande luce, deve essere studiato in maniera particolare. Dovrà infatti avere una grande resistenza torsionale, per garantire buona stabilità e resistenza alle azioni orizzontali del vento. Questo porta nella maggior parte dei casi a strutture con travi reticolari o travi a cassone.
L’ancoraggio dei cavi
Una grande differenza all’interno di questo modello strutturale è il sistema di attacco dei cavi all’estremità. Questi possono essere attaccati al suolo (in questo modo si eviterebbe la compressione dell’impalcato) o ancorati direttamente all’estremità della struttura (sistemi autoancorati, in cui vengono eliminate le azioni orizzontali sulle spalle), procedimento che si attua per piccole luci.
Il modo in cui vengono ancorati al suolo i cavi principali è attraverso dei grandissimi blocchi di ancoraggio di calcestruzzo armato, alle estremità del ponte, che assorbono tutti gli sforzi provenienti dai cavi.
Si possono fare inoltre alcune considerazioni sulle tensioni e le sollecitazioni all’interno dei cavi principali. Facendo l’ipotesi di resistenza a flessione nulla, si può intuire come questi cavi resistano solamente a sforzi normali di trazione. Possiamo quindi vedere come la componente lungo corda della tensione sul cavo (detta anche “tiro”) sia sempre costante nel cavo, determinando una tensione maggiore proprio in prossimità delle torri.
Anche il ponte di Messina sarebbe dovuto essere sospeso…
Oltre i famosissimi Golden Gate Bridge e il ponte di Brooklyn (che in realtà presenta anche degli stralli), anche il ponte sullo stretto di Messina sarebbe dovuto essere un ponte sospeso. E anche uno dei più spettacolari. Il progetto che venne approvato nel 2005 prevedeva una campata a luce unica di 3300m, la più lunga del mondo. Purtroppo l’appalto sfumò nel 2013 ma, d’altro canto, questa potrebbe essere un ulteriore sfida per l’ingegneria civile, e non solo. Bisognerà trovare infatti una nuova configurazione possibile per il ponte sullo stretto che ne riduca i costi fornendo le stesse prestazioni strutturali.
Fonti
- Ponti, Andrea Cavalieri-Marco Cavalieri
