Historic Bridge Foundation

Introduzione

I ponti sono costruiti in molti modi diversi e sono spesso identificati dai materiali con cui sono costruiti e dai progetti realizzati con questi materiali. I seguenti diagrammi possono essere usati per aiutare a identificare i ponti che puoi vedere nei tuoi viaggi.

Una nota sulle forme dei ponti

Al livello più semplice della progettazione ingegneristica, i ponti hanno tre forme di base: trave, arco e sospensione. Da queste tre forme base di ponte nascono molti tipi diversi di ponte, come descritto di seguito. Alcuni tipi di ponte sono ulteriormente suddivisi in una varietà di configurazioni e disposizioni della sovrastruttura. Un certo numero di tipi di ponte può avere elementi meccanici aggiunti al progetto per permettere loro di muoversi per fornire spazio alle barche. I ponti mobili sono classificati secondo il design meccanico che permette il loro movimento, e i vari tipi di ponti mobili sono anche disponibili in una varietà di configurazioni.

Fondamenti del ponte

Parti del ponte

Tipi di campata

Le campate semplici hanno una sovrastruttura strutturalmente indipendente che forma ogni campata del ponte.

Le campate continue hanno l’aspetto di una sovrastruttura a campata unica, ma sono sostenute da pilastri in uno o più punti.

Le campate a sbalzo hanno campate che si estendono verso l’esterno di un elemento della sottostruttura e terminano in una posizione non supportata da un elemento della sottostruttura. Questi bracci a sbalzo che si estendono verso l’esterno sono bilanciati dall’altra metà del sistema di campate, che si estende nella direzione opposta del pilastro, formando un braccio di ancoraggio.

Molte campate a sbalzo hanno bracci a sbalzo che, piuttosto che estendersi fino ad incontrare un braccio a sbalzo opposto, si fermano poco al centro in modo da tenere una campata sospesa in posizione.

Disposizioni della sovrastruttura

Le disposizioni dei ponti si riferiscono alla posizione del ponte (carreggiata) rispetto alla sovrastruttura del ponte.
Non tutti i tipi di ponte fanno uso di questa nomenclatura. Questi termini sono comunemente usati con i ponti a travata, e due dei termini sono comunemente usati anche con i ponti ad arco e a trave.

Con un ponte passante, la sovrastruttura è accanto alla strada. Con i ponti a capriate, devono essere presenti anche le controventature aeree perché il ponte sia considerato una capriata passante.

Con un ponte pony, la sovrastruttura è sopra e accanto alla strada, ma non sono presenti controventature aeree. Il termine “pony” è normalmente usato solo quando si descrivono i ponti a travata, anche se troverete che anche alcuni ponti a trave e ad arco hanno questa forma, anche se non sono tipicamente descritti come tali. Quello che sembrerebbe essere un ponte “pony girder” o “pony arch” è normalmente descritto come “through girder” o “through arch.”

Con un ponte a ponte, la sovrastruttura, così come qualsiasi controventatura, sono situati sotto la carreggiata.

Ponti a travi e travicelli

Rispetto ai ponti a più travi, i ponti con travi a ponte hanno travi più grandi e meno numerose, e la strada poggia su travi trasversali che si estendono tra le travi.

I ponti a travi passanti sono simili nel design alle travi dell’impalcato, eccetto che le travi si alzano sopra la carreggiata. Le travi trasversali rimangono sotto l’impalcato.

Una trave a T in calcestruzzo è un tipo comune di ponte a travi in calcestruzzo dove le travi sono gettate integralmente con l’impalcato, formando una forma a “T” ripetuta nella vista trasversale.

In una lastra, il ponte è sostenuto da una sovrastruttura che agisce come una singola trave solida sopra l’ostacolo. Anche se più comunemente associato al cemento armato, può essere usato anche il legno.

Ponti a travata

I ponti a travata sono una forma di ponte a trave, dove una struttura triangolare di membri e corde forma una struttura che funziona come una grande trave. I ponti a capriate sono descritti secondo la disposizione delle capriate: capriate a ponte (sotto la carreggiata), capriate a pony (sopra la carreggiata, ma senza controventature), e capriate passanti (sopra la carreggiata, con controventature). I ricercatori potrebbero voler notare che storicamente, i ponti a capriate passanti erano a volte chiamati capriate alte, e le capriate pony erano a volte chiamate capriate basse.

Parti di ponti a capriate

Configurazioni di ponti a capriate metalliche

I ponti a capriate metalliche sono disponibili in un’ampia varietà di disposizioni e configurazioni come mostrato sotto. La maggior parte dei seguenti progetti di capriate sono adattati da quelli apparsi nel libro di J.A.L. Waddell del 1916 Bridge Engineering e per la maggior parte rimangono rilevanti oggi con solo piccoli cambiamenti nel nome e nella classificazione come notato sotto.

Pratt: La capriata Pratt è una delle configurazioni più comuni.

Pratt Half-Hip: Alcuni ponti a capriata pony Pratt mancano dei membri verticali dell’anca, e sono conosciuti come ponti a capriata Pratt half-hip.

Whipple (Double-Intersection Pratt): Questa variazione del Pratt era comune per campate più lunghe nel 19° secolo.

Howe: Le diagonali seguono l’orientamento opposto a quello del Pratt. Il Pratt era più comune sulle capriate metalliche, mentre l’Howe era più comune sulle capriate in legno.

Parker: Una capriata Pratt con una corda superiore poligonale. Usata per campate più lunghe.

Camelback: Una capriata Parker con esattamente cinque pendenze alla corda superiore (compresi i pali di estremità).

Baltimora: Una capriata Pratt con pannelli suddivisi. Due forme comuni mostrate sopra.

Pennsylvania (Petit) Truss: Una capriata di Parker con pannelli suddivisi. Due forme comuni mostrate sopra. Oggi, i ponti a capriate Pennsylvania con cinque pendenze della corda superiore sono solitamente chiamati semplicemente capriate “Pennsylvania”, ma potrebbero essere notati come “capriate Camelback Pennsylvania”. Le capriate Pennsylvania furono usate per lunghe campate, incluse alcune delle più lunghe campate semplici mai costruite.

Warren: Mentre il libro di Waddell distingueva tra un tipo di capriata “Triangolare” e “Warren”, oggi tutte le varietà sono conosciute come Warren truss bridges.

Warren (With Verticals): La maggior parte dei ponti a capriate Warren mostrano membri verticali, anche se la frequenza delle verticali può variare. Le capriate Warren (con o senza verticali) erano un tipo di capriata comune.

Double-Intersection Warren: Questo progetto può essere pensato come due capriate Warren sovrapposte e sfalsate una sull’altra.

Traliccio a traliccio: Le capriate Warren a tripla intersezione, quadrupla intersezione e quintupla intersezione sono comunemente chiamate semplicemente “capriate a traliccio”. A volte il Warren a quadrupla intersezione è anche chiamato Warren quadrangolare.

K-Truss: Inventato durante la costruzione del Quebec Bridge, il K-Truss può essere disposto in diversi modi, con due orientamenti mostrati sopra. La corda superiore non deve essere poligonale.

Bollman: Un insolito progetto di capriata usato su alcuni dei primi ponti ferroviari in ferro.

Fink: Un disegno di capriata insolito usato su alcuni dei primi ponti ferroviari in ferro.

Bowstring (Parabolic): Questa forma di capriata ha tipicamente una corda superiore curva ed è talvolta chiamata anche “arch-truss”. Più comunemente usata negli anni 1870 come una prima forma di capriata metallica.

Kingpost: Usato per campate molto brevi.

Queenpost: Usato per campate molto brevi. Può o non può avere il modello “X” di diagonali nel centro.

Waddell “A” Truss: Questa capriata, a volte chiamata A-Frame truss, fu costruita in piccole quantità.

Lenticolare: La maggior parte degli esempi negli Stati Uniti sono stati costruiti secondo un progetto brevettato dalla Berlin Iron Bridge Company di East Berlin, Connecticut.

Kellogg: Una forma arcaica e rara di capriata.

Post: Una forma arcaica e rara di capriata.

Pegma: Una forma arcaica e rara di capriata.

Thacher: Una forma arcaica e rara di capriata. La forma esatta può variare leggermente, nessun esempio esistente segue esattamente il disegno brevettato da Edwin Thacher.

Stearns: Una forma arcaica e rara di capriata.

Connessioni a capriata metallica

I ponti a capriata metallica sono ulteriormente classificati dal modo in cui i membri sono uniti insieme. Le connessioni possono essere appuntate, rivettate, bullonate o saldate.

Le connessioni a perno, comuni dal 1870 al 1910 circa, erano facili da assemblare sul campo, consistendo in un grande perno filettato che passa attraverso tutti i membri, ed è fissato alle estremità con dadi.

Le connessioni a perno furono rese obsolete dalla nascita delle connessioni rivettate, che offrivano una connessione più rigida. Con le connessioni rivettate, i membri della capriata erano rivettati ad una piastra di rinforzo per collegare i membri. Più tardi, i rivetti sarebbero stati sostituiti da bulloni o saldature per fissare gli elementi alle piastre di rinforzo. I dettagli per le connessioni bullonate e saldate sono simili alla connessione rivettata mostrata sopra.

Configurazioni dei ponti coperti

I ponti coperti in legno sono ponti a capriate costruiti in legno e coperti con un sistema non strutturale di tetto e pareti. Sotto il tetto e il muro ci sono i membri della capriata. Come i ponti a capriate metalliche, i ponti coperti hanno una configurazione diversa. Mentre c’è una certa sovrapposizione tra configurazioni di capriate metalliche e coperte, i dettagli per le configurazioni di capriate con lo stesso nome possono differire tra coperte e metalliche, e ci sono molte configurazioni di capriate coperte che non sono state utilizzate nella costruzione di capriate metalliche. Si noti anche che mentre il materiale predominante usato nei ponti coperti è il legno, il ferro è stato talvolta usato in aree limitate, (il ferro ha funzionato meglio del legno per i membri di tensione) e il ferro è stato talvolta usato per collegare i membri di legno.

Ponti ad arco

I ponti ad arco si suddividono in varie configurazioni, a seconda del tipo di materiale utilizzato nella costruzione. Pietra, cemento o metallo sono i tre materiali più comuni, anche se può essere usato anche il legno.

I ponti ad arco sono descritti in due disposizioni: Archi a ponte, con l’arco sotto la carreggiata, e archi passanti, con l’arco che sale sopra la carreggiata per almeno una parte della campata.

Tipi di ponti ad arco

La maggior parte dei ponti ad arco funziona spingendo le forze ad un angolo nel lato delle spalle o dei pilastri ad ogni estremità delle campate. Come tali, hanno spesso degli appoggi angolati chiamati skewback.

Ponti ad arco in acciaio e ponti ad arco passante in calcestruzzo sono a volte progettati come ponti ad arco “legati”, dove una grande trave collega ogni estremità dell’arco. In questi casi, il ponte può poggiare sui suoi pilastri o spalle come un ponte a trave, con un cuscinetto orizzontale che invia le forze verticalmente nella sottostruttura.

Configurazioni dei ponti ad arco in cemento armato

Open Spandrel Arch: Un tipo di ponte ad arco a ponte, come mostrato sopra, utilizza colonne verticali per collegare il ponte all’arco.

Arco Spandrel Chiuso: Un tipo di ponte ad arco che usa solide pareti di cemento per collegare il ponte all’arco. I ponti Closed Spandrel Arch spesso contengono un riempimento di terra nascosto all’interno della “scatola” di cemento formata dal ponte e dalla sovrastruttura, che consiste in un arco che è largo quanto il ponte stesso. In alternativa, se il ponte ha l’aspetto di travi ripetute a forma di arco sotto il ponte, è conosciuto come un ponte ad arco “nervato”.

Arco passante (Arcobaleno): Per i ponti ad arco in calcestruzzo, quando l’arco è sopra la carreggiata, è spesso conosciuto come arco arco arcobaleno.

Configurazioni dei ponti ad arco in pietra

I ponti ad arco in pietra sono quasi sempre archi a ponte, e a campata chiusa. Gli ingegneri possono classificare i ponti ad arco in pietra in base alla forma dell’arco (semicircolare, segmentale o ellittico).

Un arco semicircolare consiste in un arco che ha la forma di un mezzo cerchio.

Un arco segmentale consiste in un arco che ha la forma di meno della metà di un cerchio.

Un arco ellittico consiste in un arco che ha la forma di un mezzo ovale.

Configurazioni dei ponti ad arco in acciaio

I ponti ad arco in acciaio, come i ponti ad arco in cemento, possono essere disposti come ponti ad arco sul ponte o ponti ad arco passante. I ponti ad arco in acciaio sono ulteriormente classificati in base al design della costola dell’arco, la presenza di cerniere, e qualsiasi controventatura.

Se la costola dell’arco è una trave solida o scatolare, si tratta di un ponte ad arco “a coste solide”.

Se la costola dell’arco è progettata da molti membri e corde differenti, simile a un ponte a capriate, il ponte è un ponte ad arco a “costole controventate”.

I ponti ad arco a ponte a volte includono rinforzi diagonali oltre alle colonne verticali. In questi casi, il ponte è conosciuto come un ponte ad arco con rinforzi diagonali.

I ponti ad arco in acciaio possono avere perni giganti chiamati “cerniere” nel progetto. Un ponte può avere cerniere solo sulle spalle (cuscinetti) (un ponte ad arco a due cerniere).

Un ponte ad arco in acciaio può anche avere una terza cerniera alla corona (mid-span), rendendolo un ponte ad arco a tre cerniere.

Se non sono presenti cerniere, un ponte ad arco in acciaio è conosciuto come un ponte ad arco senza cerniere.

Ponti sospesi

Un ponte sospeso consiste in un ponte che è tenuto sotto i cavi principali che sono tesi sulla campata da alte torri che si ergono sopra il ponte. Il ponte è collegato al cavo principale tramite cavi di sospensione che “appendono” il ponte ai cavi principali. Le estremità lontane del cavo principale (note come backstays) sono tenute in posizione da ancoraggi. I ponti sospesi consistono tipicamente di tre campate che sono tenute in posizione dal sistema di sospensione, che consiste in una campata centrale, affiancata da campate “di ancoraggio” o “laterali”. Il ponte stesso è mantenuto rigido in presenza del vento e dei carichi che passano sul ponte per mezzo di un sistema di irrigidimento. Il sistema di irrigidimento può assumere la forma di vari tipi di ponti semplici. Nei ponti storici, il sistema di irrigidimento prende tipicamente la forma di una capriata (pony, passante o ponte) o di una trave (passante o ponte).

Configurazioni dei ponti sospesi

Un ponte sospeso a tre campate, con ciascuna delle tre campate sospesa da un cavo principale è la configurazione più comune di un ponte sospeso.

Un raro design di ponte sospeso elimina l’uso di grandi ancoraggi collegando il ponte a se stesso: i cavi principali sono fissati direttamente alla sovrastruttura del ponte alle estremità, formando un ponte sospeso auto-ancorato.

Alcuni ponti sospesi hanno una sola campata di sospensione. In questo caso, il cavo principale diventa un cavo di backstay scarico che procede direttamente dalla cima della torre fino all’ancoraggio. Con i ponti sospesi a campata singola, si possono trovare semplici campate di approccio che sostengono il ponte dove le campate laterali/ancoraggio sarebbero in un ponte sospeso a tre campate. Questa disposizione è mostrata sopra.

Tipi di cavi principali

Il cavo principale può assumere la forma di un cavo metallico, o di una catena ad occhiello. I ponti a catena ad occhio sono rari; la maggior parte dei ponti sospesi usa una qualche forma di fune metallica per il cavo.

Ponti strallati

Uno dei tipi comuni della forma base del ponte sospeso è il ponte strallato. In un ponte strallato, i singoli cavi di sospensione si collegano direttamente dalla torre al ponte, senza il coinvolgimento del cavo principale della catenaria. I ponti strallati tendono ad essere più stabili dei tradizionali ponti sospesi, e quindi spesso non hanno grandi capriate e travi di irrigidimento. I ponti strallati possono avere cavi configurati in una varietà di modi.

Configurazioni dei cavi

Configurazioni a torre

Piano verticale doppio (parallelo): Se i cavi si estendono su entrambi i lati del ponte da doppi pali (un palo per ogni lato del ponte), si tratta di un ponte strallato a doppio piano verticale.

Doppio piano verticale (inclinato): In un doppio piano verticale, anche i pali possono essere inclinati.

Piano verticale singolo: Se i cavi si estendono su entrambi i lati del ponte da singoli pali al centro del ponte, si tratta di un ponte strallato a singolo piano verticale.

Ponti mobili

Molti dei tipi di ponte descritti sopra possono essere progettati insieme a caratteristiche meccaniche per permettere al ponte di liberare un corso d’acqua e fare spazio a barche che altrimenti non potrebbero passare sotto il ponte quando chiuso. Questi ponti mobili sono classificati in base al design delle caratteristiche meccaniche che permettono il movimento del ponte.

Ponti a bascula

I ponti a bascula ruotano fino ad aprirsi per le barche. Includono un contrappeso per bilanciare la campata e permettono a motori relativamente piccoli di sollevare la grande anta.

Se la campata consiste di due foglie di bascula che si sollevano, il ponte è una bascula a due ante. La maggior parte dei ponti a bascula autostradali sono a doppia foglia.

Se la campata consiste di due foglie di bascula che si sollevano, il ponte è una bascula a doppia foglia. La maggior parte dei ponti a bascula autostradali sono a due ante.

Configurazioni dei ponti a bascula

Tra i tipi di ponti mobili, i ponti a bascula mostrano la maggior varietà di funzionamento meccanico. I seguenti progetti di ponti a bascula sono adattati da quelli apparsi nel libro di J.A.L. Waddell del 1916 Bridge Engineering e per la maggior parte rimangono rilevanti oggi con solo piccoli cambiamenti nel nome e nella classificazione come notato di seguito.

Trunnion fisso (tipo Chicago): Il contrappeso è fissato all’anta, e l’anta ruota attorno ad un perno fisso. Usato per la prima volta nel Tower Bridge di Londra, il design è stato modernizzato e reso popolare dalla città di Chicago.

Scherzer Rolling Lift: Questo tipo di bascula ruota su un binario e ha un contrappeso fissato all’anta. Inventato nel 1893 da Albert Scherzer e reso popolare da suo fratello William Scherzer.

Strauss Bascule: Joseph Strauss inventò la sua varietà di ponte a bascula che è nota per avere un’articolazione separata per il contrappeso. Come tale, il contrappeso non è fissato all’anta. Questo design a contrappeso sopraelevato era anche adattabile ad un design dove il contrappeso era nascosto sotto la carreggiata.

Heel-Trunnion: Questa variante della bascula di Strauss è nota per la sua forma a parallelogramma e tipicamente prende la forma vista sopra. Il contrappeso è sempre sopra la carreggiata.

Pagina: Un raro disegno a bascula.

Rall: Un raro design a bascula.

Ponti girevoli

Un tipo di ponte mobile, i ponti girevoli sono tipicamente classificati in due grandi categorie basate su come poggiano sul pilastro girevole come indicato di seguito. La maggior parte dei ponti girevoli sono simmetrici (pilastro centrale) ma se il pilastro non è al centro, allora il ponte è un ponte girevole bobtail e un contrappeso di bilanciamento può essere presente all’estremità più corta.

Configurazioni dei ponti girevoli

Cuscinetto a traliccio: La campata poggia sul binario circolare intorno al cerchio. Tipicamente ha una serie densa di numerosi rulli intorno al cerchio.

Center Bearing: La campata poggia su un singolo punto al centro del pilastro oscillante. Come tale, ci possono essere meno rulli intorno al bordo, dato che servono solo a guidare la travatura quando si muove, e non sono portanti.

Alcuni ponti oscillanti sono progettati in modo che il pilastro oscillante non sia al centro del ponte, con un braccio che offre una campata oscillante sul corso d’acqua, e un altro braccio più corto che ha un contrappeso per mantenere il ponte in equilibrio. Questi sono conosciuti come ponti oscillanti bobtail.

Ponti a sollevamento verticale

Un tipo di ponte mobile, i ponti a sollevamento verticale si alzano direttamente per fornire spazio alle barche. Le due forme più comuni utilizzano alte torri che ospitano contrappesi che si muovono per mantenere la campata in equilibrio mentre viene sollevata dai motori. Questi tipi di ponti a sollevamento verticale sono classificati in base a dove si trovano questi motori.

Parti di ponti a sollevamento verticale

Il diagramma sopra, creato dal famoso ingegnere di ponti a sollevamento verticale J. A. L. Waddell mostra le molte parti di un ponte a sollevamento verticale.

Configurazioni dei ponti a sollevamento verticale

Molti ponti a sollevamento verticale ospitano i motori sulla campata stessa, con una serie di cavi che portano fuori dalla campata e sulla torre per spostare il contrappeso e i cavi di sollevamento (uphaul). Chiamati Span Drive Vertical Lift Bridges, questi tendono ad essere ponti di sollevamento verticale più vecchi.

Altri ponti di sollevamento verticale alloggiano i motori sulle torri, tipicamente in cima vicino alle pulegge. Questi sono conosciuti come ponti di sollevamento verticale con azionamento a torre e tendono ad essere ponti di sollevamento verticale più recenti.