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Materiali utilizzati per la costruzione di ponti

Materiali utilizzati per la costruzione di ponti

Pietre, legname, cemento e acciaio sono i materiali tradizionali utilizzati per la costruzione di ponti. Durante il periodo iniziale, legname e pietre sono stati utilizzati nella costruzione, in quanto sono direttamente ottenuti dalla natura e facilmente disponibili.

Il mattone è stato usato come materiale da costruzione del sottogruppo insieme alla costruzione in pietra. Le pietre come materiali da costruzione erano molto popolari per le sue proprietà durevoli. Molti ponti storici fatti di pietre sono ancora presenti come simbolo della cultura architettonica del passato.

Ma parte del ponte in legno è stato lavato via o è in fase di degrado a causa della loro esposizione alle condizioni ambientali.

Col passare del tempo, la costruzione del ponte ha subito uno sviluppo maggiore in termini di materiali utilizzati per la costruzione rispetto alla tecnologia del ponte.

Il calcestruzzo e l’acciaio sono materiali raffinati realizzati dall’uomo. La costruzione del ponte con questi materiali artificiali può essere definita il secondo periodo dell’ingegneria del ponte. Questo fu quindi l’inizio della moderna tecnologia di ingegneria dei ponti.

I ponti moderni fanno uso di calcestruzzo o acciaio o in combinazione. Diversi altri materiali innovativi sono in fase di sviluppo in modo che possano adattarsi bene alle terminologie del ponte.

L’incorporazione di fibre che rientra nella categoria dei materiali ad alta resistenza è ora incorporata per la costruzione di ponti. Questi materiali vengono utilizzati anche per rafforzare i ponti esistenti.

Pietre per la costruzione di ponti

Per lungo tempo nella storia, la pietra è stata utilizzata in e come un’unica forma. Sono utilizzati principalmente sotto forma di archi. Questo perché possiedono una maggiore resistenza alla compressione.

L’uso di pietre ha dato agli ingegneri la facilità di costruire ponti che sono esteticamente migliori e ad alta durata.

Considerando la storia della costruzione di ponti con pietre, i Romani furono i più grandi costruttori di ponti con pietre. Avevano una chiara idea e comprensione del carico sul ponte, della geometria e delle proprietà del materiale. Ciò li ha fatti costruire ponti di campata molto più grandi rispetto a qualsiasi altra costruzione di ponti durante quel periodo.

Il periodo era competitivo anche per il cinese. La Cina aveva anche sviluppato un grande ponte chiamato il famoso ponte di Zhuzhou. Il ponte Zhuzhou è il più antico ponte ad arco aperto, in pietra e segmentale più antico al mondo. Nihonbashi è il ponte di pietra più famoso del Giappone. Questo è chiamato come il ponte del Giappone.

 Ponte di Zhuzhou, Cina

Ponte di Zhuzhou, Cina

Fig.1: Il ponte di Zhuzhou, Cina

Con il tempo, i ponti di pietra si sono dimostrati più efficienti ed economici grazie alla durata e alla bassa garanzia di manutenzione che fornisce per tutto il suo periodo di vita.

Legname o legno per la costruzione di ponti

Il materiale in legno è stato utilizzato molto nella costruzione di ponti, a differenza di oggi, dove viene utilizzato per la costruzione di opere edili e relative. Al giorno d’oggi, acciaio e calcestruzzo garantiscono una maggiore flessibilità di lavoro, che l’uso di legno e legname per mega opere diminuito.

Ma, ci sono innovazioni legate alla conservazione del legno, che ha contribuito ad aumentare la domanda di legno nelle strutture.

Il legno come materiale ingegneristico ha il vantaggio di un’elevata tenacità e di una natura rinnovabile. Sono ottenuti direttamente dalla natura e quindi sono rispettosi dell’ambiente.

La bassa densità del legno gli fa guadagnare un’elevata resistenza specifica. Hanno un valore di resistenza apprezzabile con un valore inferiore di densità. Questa proprietà li rende facilmente trasportabili.

Alcuni degli svantaggi legati al legno come materiale da costruzione che è:

  • Altamente Anisotropa in Natura
  • Suscettibile di termiti, infestazioni, e il tarlo
  • Altamente infiammabile
  • marciumi e malattie
  • Non può essere utilizzato per Alta temperatura

Ci sono una varietà di ponti di legno in tutto il mondo. La figura 2 mostra il Ponte Matematico situato a Cambridge. Un altro ponte è il ponte Togetsu-Kyo sul fiume Katsura a Kyoto.

Ponte Matematico, Cambridge

Ponte matematico, Cambridge

Fig.2: Il ponte matematico, Cambridge

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Fig.3. Il ponte Togetsu-Kyo, Giappone

Acciaio per la costruzione di ponti

Guadagno in acciaio ad alta resistenza rispetto a qualsiasi altro materiale. Questo lo rende adatto per la costruzione di ponti con campata più lunga. Sappiamo che l’acciaio è una combinazione di leghe di ferro e altri elementi, principalmente carbonio.

In base alla quantità e alla variazione degli elementi, le proprietà degli stessi vengono modificate di conseguenza. Le proprietà di resistenza alla trazione, duttilità e durezza sono influenzate dal cambiamento nella sua costituzione.

L’acciaio utilizzato per la costruzione normale ha diverse centinaia di Mega Pascal forza. Questa resistenza è quasi 10 volte maggiore della resistenza alla compressione e alla trazione ottenuta da una normale miscela di calcestruzzo.

La principale proprietà incorporata dell’acciaio è la proprietà di duttilità. Questa è la capacità di deformazione prima che la rottura finale tende ad accadere. Questa proprietà dell’acciaio è un criterio importante nella progettazione delle strutture.

 Ponte Hachimanbashi

Ponte Hachimanbashi

Fig.4. Il ponte Hachimanbashi

Il primo ponte di ferro, Danjobashi Bridge, che è stato costruito nel 1878 in Giappone. La figura-4 sotto mostra il ponte Danjobashi. Il ponte Danjobashi fu trasferito nella posizione attuale e fu chiamato Hachimanbashi Bridge nel 1929.

Ha un grande valore storico e tecnico come ponte moderno. Il ponte è stato onorato dall’American Society of Civil Engineers nell’anno 1989.

La composizione chimica e il metodo di fabbricazione determinano le proprietà dell’acciaio strutturale. Le proprietà principali che devono essere specificate dai progettisti bridge quando è necessario specificare i prodotti sono:

  • Resistenza
  • Tenacità
  • Duttilità
  • Durata
  • Saldabilità

Quando menzioniamo la resistenza dell’acciaio, implica sia la resa che la resistenza alla trazione. Poiché le strutture sono più progettate nella fase elastica, è molto essenziale conoscere il valore della resistenza allo snervamento.

La resistenza allo snervamento è principalmente utilizzata in quanto è più specificata nei codici di progettazione. In Giappone, il codice raccomandato è progettato per la massima resistenza. Ad esempio, SS400 designato dalla resistenza finale di 400MPa. Questa è un’eccezione.

La proprietà della duttilità è molto invocata da progettisti e ingegneri per gli aspetti progettuali relativi ai progetti del gruppo bolt e alla distribuzione delle sollecitazioni alle condizioni di stato limite finale. Un’altra proprietà importante è la resistenza alla corrosione mediante l’uso di acciaio agli agenti atmosferici.

Calcestruzzo per la costruzione di ponti

La maggior parte della moderna costruzione di ponti utilizza il calcestruzzo come materiale primario. Il calcestruzzo è buono in compressione e debole in resistenza alla trazione. Le strutture in cemento armato sono il rimedio proposto per questo problema.

Il calcestruzzo tende ad avere un valore costante di modulo di elasticità a livelli di sollecitazione inferiori. Ma questo valore diminuisce in una condizione di stress più elevata. Questo accoglierà la formazione di crepe e successivamente la loro propagazione.

Altri fattori a cui il calcestruzzo è suscettibile sono l’espansione termica e gli effetti di restringimento. Creep è formato in calcestruzzo a causa di stress da molto tempo su di esso.

Le proprietà meccaniche del calcestruzzo sono determinate dalla resistenza alla compressione del calcestruzzo.

Il cemento armato o precompresso viene utilizzato per la costruzione di ponti. Il rinforzo in R. C. C fornisce la proprietà di duttilità alla struttura. Al giorno d’oggi, il rinforzo di duttilità è fornito come requisito supplementare pricipalmente nella costruzione resistente di terremoto.

RCC è oggi realizzato in acciaio, polimero o altra combinazione di materiali compositi. Sono disponibili molti materiali sostenibili che possono assumere il ruolo del cemento. Questa è una nuova innovazione nella costruzione di ponti sostenibili.

Rispetto alla costruzione di ponti RCC, il calcestruzzo precompresso è il più preferito e impiegato. Una forza di precompressione viene indotta nel calcestruzzo con l’aiuto di tendini in acciaio ad alta resistenza prima del carico di servizio effettivo.

Quindi questo sforzo di compressione resisterà allo sforzo di trazione che sta arrivando durante le condizioni di carico effettive. La precompressione viene indotta nel calcestruzzo mediante tensionamento post o mediante pretensionamento del rinforzo in acciaio.

Molti svantaggi del normale cemento armato come limitazioni di resistenza, strutture pesanti, difficoltà di costruzione sono risolti utilizzando calcestruzzo precompresso.

Leggi anche: Quali sono i tipi di calcestruzzo? Quali sono le loro applicazioni?

Materiali compositi nella costruzione di ponti

I materiali compositi sono sviluppati e utilizzati sia per la costruzione di nuovi ponti che per la riabilitazione.

La plastica rinforzata con fibre è uno di questi materiali che è una matrice polimerica. Questo è rinforzato con fibre che possono essere di vetro o di carbonio. Questi materiali sono leggeri, resistenti, ad alta resistenza e duttili in natura.

Nuove soluzioni e materiali sono incoraggiati a causa dei problemi di deterioramento dei ponti in acciaio e cemento.

Un altro materiale è il calcestruzzo reattivo della polvere (RPC ) che è stato sviluppato in Corea. Questo materiale è una forma di calcestruzzo ad alte prestazioni rinforzato con fibre di acciaio. Questo mix aiuterà a creare colonne sottili per ponti di una durata più lunga. Ciò garantisce anche una lunga durata.

I materiali compositi sono utilizzati nella riparazione delle colonne del ponte e di tutti gli altri elementi di supporto per migliorare la duttilità e la resistenza contro la forza sismica.

La vetroresina impregnata epossidica viene utilizzata per coprire la colonna (colonne di natura non duttile). Questa è un’alternativa per la tecnica della giacca d’acciaio.

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