La tesatura degli elementi di sospensione nei ponti ad arco a spinta eliminata in calcestruzzo

5 
 
PREFAZIONE 
L’arco rappresenta nella storia la forma strutturale di maggiore efficienza 
statica, in quanto sopporta i carichi verticali attraverso un meccanismo 
resistente nel quale risulta predominante lo sforzo normale di compressione. 
Nei ponti ad arco a spinta eliminata l’impalcato è situato all’altezza delle 
imposte dell’arco e i carichi che gravano sull’impalcato vengono trasferiti 
all’arco per mezzo di elementi di sospensione, chiamati pendini, che collegano 
le due strutture. Tali pendini creano una collaborazione tra i due elementi 
strutturali principali. Questa collaborazione è importante per far fronte alle 
azioni variabili da traffico che provocano un aumento delle sollecitazioni 
flettenti sull’arco, ma anche sull’impalcato. In quest’ottica si potrebbe quindi 
operare sulle pretensioni dei pendini per modificare il comportamento di tutta 
la struttura sia nelle fasi di costruzione che nelle fasi di esrcizio. Determinare 
una sequenza di tesatura dei cavi, per raggiungere un comportamento ottimale, 
risulta quindi essere una problematica sicuramente interessante. 
È proprio su quest’aspetto che la seguente tesi si basa, presentando una 
procedura di ottimizzazione per la determinazione delle pretensioni nel caso 
dei ponti ad arco a spinta eliminata in calcestruzzo e di applicarla e 
generalizzarla su dei modelli di ponti con diverse caratteristiche. 
Nel primo capitolo della tesi si parla dell’evoluzione dei ponti ad arco nella 
storia facendo riferimento ai materiali, alle tecniche costruttive e alle 
conoscenze teoriche che si sono sviluppate nel tempo. Si fa una classificazione 
delle varie tipologie di ponti ad arco esistenti, descrivendo per ogni tipologia
6 
 
le caratteristiche dal punto di vista statico e dal punto di vista morfologico. 
Inoltre vengono elencate le più importanti metodologie costruttive utilizzate 
per la realizzazione di tali strutture, partendo da quelle utilizzate in passato 
fino a parlare delle tecnologie più moderne. 
Nel secondo capitolo si concentra l’attenzione sullo studio dei ponti ad 
arco a spinta eliminata, la cui terminologia anglosassone è bowstring, adatti 
sia per le strutture metalliche che per quelle in calcestruzzo armato. Vengono 
approfondite le tematiche relative alle nuove tecnologie utilizzate per la 
costruzione, ai principi statici e al funzionamento globale di queste strutture 
nelle fasi di esercizio. Si fa inoltre un cenno delle più recenti evoluzioni di 
schemi strutturali dove si combina la struttura ad arco con le passerelle 
pedonali a banda tesa. Infine si parla dell’influenza dei fenomeni lenti nel 
tempo nei ponti ad arco in calcestruzzo. 
 Il terzo capitolo è stato dedicato alla descrizione dei fondamenti teorici 
della statica dell’arco nelle sue varie configurazioni e del comportamento 
statico del sistema combinato arco-trave. Nella parte finale dello stesso 
capitolo si approfondisce lo studio del comportamento strutturale dei ponti ad 
arco a spinta eliminata con varie disposizioni degli elementi di sospensione 
facendo un accenno pure alla tipologia dei ponti “Network”. 
Nel quarto capitolo viene illustrata la procedura proposta per la 
determinazione delle pretensioni da dare ai cavi di sospensione nei ponti ad 
arco a spinta eliminata che si basa sul metodo delle deformazioni imposte. 
Negli ultimi due capitoli vengono illustrate le applicazioni numeriche della 
procedura proposta su due modelli di ponte bowstring con luce e 
configurazione geometrica differente.  
Nell’ultima parte della tesi sono state fatte alcune considerazioni sulla 
metodologia proposta, in funzione dei risultati ottenuti dalle applicazioni 
numeriche.
7 
 
 CAPITOLO 1 
L’EVOLUZIONE E LA STRUTTURA 
DEI PONTI AD ARCO 
1.1  Introduzione 
 
La realizzazione di ponti ad arco risale a tempi antichissimi; esistono resti 
archeologici di conci in pietra di ponti ad arco risalenti alla civiltà dei Sumeri 
in Mesopotamia, intorno al 2000 a.C.. Gli storici dell’architettura concordano 
sull’ipotesi che in Europa siano stati gli Etruschi i primi ad utilizzare la 
struttura ad arco, in Italia attorno all’800 a.C. Il ponte ad arco era inteso come 
una struttura in cui i segmenti di pietra sono disposti in senso radiale. Né gli 
egizi né i greci utilizzarono l’arco nelle loro costruzioni, anche se ci sono 
documenti che dimostrano che ne erano a conoscenza. È nell’architettura 
romana che l’arco trova il suo primo periodo di grande diffusione e diventa il 
principale metodo di costruzione dei ponti e ciò prosegue fino al XVIII secolo. 
Grazie alla messa a punto di murature con malte molto resistenti, i Romani lo
Gianvito D.S.-La tesatura degli elementi di sospensione nei ponti ad arco a spinta eliminata in calcestruzzo  
 
8 
 
utilizzarono per opere grandiose tutt'ora perfettamente conservate. Se 
facciamo riferimento alla civilizzazione delle culture mesopotamiche, che 
sorsero nella regione tra le rive del Tigri e dell’Eufrate, ci si accorge che la 
costruzione di ponti ad arco si sviluppò relativamente tardi, diffondendosi 
solamente in epoca romana dal 700 a.C. (Santiago P., Fadòn. M., 2004). I 
principi fondamentali delle costruzioni ad arco sono stati conosciuti e utilizzati 
con successo per secoli. Magnifici archi in pietra costruiti sotto la direzione di 
ingegneri dell’antico impero Romano sono ancora in servizio dopo 2000 anni, 
come supporti per acquedotti ed importanti strade. Uno dei maggiori esempi è 
il Pont du Gard, costruito come parte del sistema di approvvigionamento 
idrico per la città di Nimes, in Francia (Fig.1.1), costituito da archi sovrapposti 
di 24 metri di luce e un’altezza totale di 47 metri (Fernàndez Troyano, 2005).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gli archi multipli venivano costruiti utilizzando una sola centina, che 
veniva smontata e rimontata per realizzare l’arco successivo. Il cedimento di 
un arco non comprometteva la statica dell’intera struttura e la pila doveva 
essere molto spessa per poter resistere alla spinta asimmetrica cui era 
sottoposta durante la costruzione. Un altro esempio di configurazione ad 
arcate multiple è rappresentata dal ponte di Alcàntara sul fiume Tago, con 
archi di 28,8 metri di luce e con un’altezza totale di 47 metri. I romani 
riuscirono a raggiungere anche luci considerevoli come nel caso del ponte di 
Narni sul fiume Nera costituito da un arco di 32 metri di luce. Nel periodo 
Figura 1.1 Il Pont du Gard, Francia
Capitolo 1. L’evoluzione e la struttura dei ponti ad arco 
9 
 
Medievale venne costruito il ponte di Trezzo sull’Adda con una luce di 72 
metri e successivamente vennero realizzati molti altri ponti ad arco in pietra, 
ma che tuttavia non possedevano la perfezione geometrica di quelli romani 
(Fernandez Troyano, 2005). Una delle caratteristiche peculiari dei ponti 
medievali è il profilo a schiena d’asino dove il vertice delle due rampe è 
situado al di sopra dell’arco principale come per esempio nel ponte della 
Maddalena, sul fiume Serchio vicino Lucca (Fig.1.2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I ponti ad arco in pietra hanno attraversato varie fasi nel corso della storia: 
ponti ad arco romani, ponti ad arco medievali, i ponti all’età del Rinascimento 
e i ponti ad arco dell’età moderna. Nel Rinascimento si utilizzarono piu’ 
frequentemente archi ellittici policentrici e archi scemi con profilo 
ribassato.Tra i ponti dell’età Moderna (costruiti tra il XVI e il XVIII secolo) 
ricordiamo il Ponte della Concordia sul fiume Senna a Parigi costituito da 
cinque archi, progettato da J.R. Perronet, costruito tra il 1787 e il 1791 e 
ancora oggi in uso (Fig.1.3). Il XVIII secolo rappresenta il momento storico in 
cui l’approccio alla costruzione dell’arco in pietra avviene in modo più 
razionale. Perronet introdusse una serie di innovazioni nei ponti in pietra che 
determinarono un’autentica rivoluzione nella loro costruzione, come la 
diminuzione dell’ampiezza delle pile, l’incremento considerevole del 
ribassamento degli archi e l’utilizzo di archi con un solo centro (Fernandez 
Troyano, 2005) 
Figura1.2 ponte della Maddalena sul fiume Serchio, vicino Lucca
Gianvito D.S.-La tesatura degli elementi di sospensione nei ponti ad arco a spinta eliminata in calcestruzzo  
 
10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La pietra fu il materiale da costruzione principale per archi fino a circa due 
secoli fa. Una svolta molto incisiva nello sviluppo di queste opere fu impressa 
dalla rivoluzione industriale, allorché furono disponibili i materiali ferrosi nel 
campo delle opere civili e nella realizzazione delle ferrovie: la ghisa, il ferro e 
poi l’acciaio, resistente a trazione, liberarono i progettisti dall'unico schema 
fino ad allora possibile per ponti di grande importanza, cioè la struttura ad 
arco. Lo sviluppo successivo dei ponti fu anche dovuto alla padronanza 
aquisita dagli ingegneri nel calcolo teorico delle strutture attraverso la 
resistenza dei materiali e la teoria delle strutture, che consentì loro di 
comprenderne il meccanismo resistente (Fernandez Troyano, 2005). 
La realizzazione della ferrovia, con la sua rigidità di tracciato, richiese 
grandi luci per superare ostacoli che fino ad allora, con la trazione animale, 
erano stati parzialmente limitati. I rilevanti progressi nel campo dei ponti 
metallici continuarono per tutto il secolo scorso, durante il quale furono 
impostati tutti i temi ripresi nelle grandi opere in acciaio del Novecento. 
 Nel 1779, fu costruito il primo ponte ad arco in metallo di 32 metri di luce. 
Costruito in ghisa, ha permesso il transito dei veicoli sulla valle del fiume 
Severn, a Coalbrookedale, in Inghilterra (Fig.1.5). Il ponte è ancora in servizio 
ma è ora limitato al traffico pedonale. In seguito, molti ponti in ferro o in 
acciaio vennero costruiti successivamente. Tra questi l’Eads Bridge, con tre 
Figura 1.3 Ponte della Concordia, Parigi
Capitolo 1. L’evoluzione e la struttura dei ponti ad arco 
11 
 
campate ad arco in acciaio tubolare, 502, 520, e 502 m di luce, sul fiume 
Mississippi a St. Louis (Fig.1.4). Anche se è stato completato nel 1874, porta 
ora quotidianamente grandi volumi di traffico autostradale e ferroviario su due 
differenti livelli, costituiti da piattaforme che gravano sugli archi tramite 
elementi verticali di collegamento. Tale ponte fu costruito, usando un 
procedimento innovativo a quei tempi per la costruzione dell’arco, che 
consisteva nella costruzione degli archi per sbalzi successivi compensati a 
partire dalle pile, sostenendo provvisoriamente i semiarchi con dei tiranti fino 
a chiuderli in chiave.  
Con questa tecnica venne costruito anche  il ponte di Maria Pia sul fiume 
Duero a Oporto dove in questo caso il sistema di tiranti si fece partire dalle 
pile laterali dell’impalcato e il ponte Garabit con arco di 166 m di luce 
(Fig.1.5) sulla valle della Truyère, tutti e due realizzati da Gustave Eiffel. A 
metà del XX secolo questa tecnica è stata adattata alla costruzione dei ponti in 
cemento armato e attualmente risulta il miglior sistema costruttivo per i grandi 
ponti a travata in c.a.p. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I ponti ad arco in acciaio, fino alla diffusione dei ponti strallati, hanno 
permesso di coprire le grandi luci senza dover ricorrere ai ponti sospesi. Un 
esempio è il viadotto di Tanus sul fiume Viaur, completato in Francia nel 
1902, costituito da un arco di 220 metri di luce sulla linea ferroviaria da Rodez 
ad Albi e il ponte di Sydney completato nel 1932 avente una luce di 503 metri.  
Figura 1.4 ponte di St. Louis sul fiume Mississipi, detto anche Eads Bridge