Ponte a sbalzo

Gli ingegneri del diciannovesimo secolo sapevano che un ponte costruito su supporti multipli avrebbe distribuito i carichi tra loro. Questo significava che ci sarebbero state minori sollecitazioni nella trave o nella capriata e significava che potevano essere costruite campate più lunghe. Diversi ingegneri del diciannovesimo secolo progettarono ponti continui con punti di cerniera a metà della campata. L'uso di una cerniera nel sistema a più campate significava che gli ingegneri potevano elaborare meglio i carichi e le sollecitazioni sul ponte.

Heinrich Gerber fu uno degli ingegneri ad ottenere un brevetto per una trave a cerniera (1866) ed è riconosciuto come il primo a costruirne una. Il ponte di Hassfurt sul fiume Meno in Germania ha una campata centrale di 124 piedi (38 metri). Completato nel 1867, fu il primo ponte a sbalzo moderno. Altri primi ponti a sbalzo furono l'High Bridge del Kentucky di C. Shaler Smith (1877), il Niagara Cantilever Bridge di Charles Conrad Schneider (1883) e il Poughkeepsie Bridge di John Francis O'Rourke e Pomeroy P. Dickinson (1889). Il Kentucky River Bridge attraversava una gola profonda 275 piedi (84 metri). Fu costruito con un cantilever che significava che non aveva bisogno di essere sostenuto durante la costruzione. Il più famoso dei primi ponti a sbalzo è il Forth Rail Bridge. Questo ponte ha detenuto il record per la campata più lunga del mondo per 17 anni.

Benjamin Baker ha mostrato il funzionamento del sistema cantilever nella foto a sinistra. La campata sospesa, dove siede Kaichi Watanabe, si vede al centro. La necessità di resistere alla compressione della corda inferiore si vede nell'uso dei pali di legno mentre la tensione della corda superiore è mostrata dalle braccia tese. L'azione delle fondazioni esterne come ancoraggi per il cantilever può essere vista nel posizionamento dei contrappesi.

Ponte a sbalzo: una struttura di cui almeno una porzione funge da ancoraggio per sostenere un'altra porzione che si estende oltre il pilastro di supporto.

- John Alexander Low Waddell, Ingegneria dei ponti

Una campata a sbalzo semplice è formata da due bracci a sbalzo che si estendono dai lati opposti dell'ostacolo da attraversare, incontrandosi al centro. Con una campata sospesa, i bracci a sbalzo non si incontrano al centro; invece, sostengono un ponte a capriate centrale che poggia sulle estremità dei bracci a sbalzo. La campata sospesa può essere costruita fuori dal sito e sollevata sul posto, o costruita sul posto usando speciali supporti mobili.

Con un cantilever bilanciato, la campata è bilanciata da cantilever che vanno nella direzione opposta. Se questi sono ancorati in fondamenta solide, sono chiamati bracci di ancoraggio. In un ponte costruito su due pilastri di fondazione, ci sono quattro bracci a sbalzo: due che coprono l'ostacolo e due bracci di ancoraggio che si estendono lontano dall'ostacolo. A causa della necessità di una maggiore forza ai supporti del cantilever bilanciato, la sovrastruttura del ponte spesso prende la forma di torri sopra i pilastri di fondazione. Il Commodore Barry Bridge è un esempio di questo tipo di ponte a sbalzo.

Le travi a traliccio in acciaio sostengono i carichi attraverso la tensione dei membri superiori e la compressione di quelli inferiori. Comunemente, la struttura distribuisce la tensione attraverso i bracci di ancoraggio ai supporti più esterni, mentre la compressione è portata alle fondamenta sotto le torri centrali.

I ponti a sbalzo bilanciati in cemento armato precompresso sono spesso costruiti con una costruzione a segmenti.

Alcuni ponti ad arco in acciaio (come il Navajo Bridge) sono costruiti usando campate pure a sbalzo da ogni lato. Queste sono poi unite con un perno, di solito dopo aver forzato il punto di incontro. Quando i martinetti vengono rimossi e l'impalcato del ponte viene aggiunto, il ponte diventa un ponte ad arco a travata. Tale costruzione non supportata è possibile solo se è disponibile una roccia adatta a sostenere la tensione nella corda superiore della campata durante la costruzione, di solito limitando questo metodo all'attraversamento di stretti canyon.

Ponti a sbalzo più lunghi del mondo (per campata più lunga):

1. Ponte di Quebec (Quebec, Canada) 1.800 piedi (549 m)
2. Forth Bridge (Firth of Forth, Scozia) 2 x 1.710 piedi (521 m)
3. Ponte Minato (Osaka, Giappone) 1.673 piedi (510 m)
4. Commodore Barry Bridge (Chester, Pennsylvania, USA) 1.644 piedi (501 m)
5. Crescent City Connection (due campate) (New Orleans, Louisiana, USA) 1.575 piedi (480 m)
6. Howrah Bridge (Kolkata, Bengala occidentale, India) 1.500 piedi (457 m)
7. Veterans Memorial Bridge (Gramercy, Louisiana, USA) 1.460 piedi (445 m)
8. San Francisco - Oakland Bay Bridge (East Bay Span) (San Francisco, California, USA) 1.400 piedi (427 m)
9. Horace Wilkinson Bridge (Baton Rouge, Louisiana, USA) 1.235 piedi (376 m)
10. Tappan Zee Bridge (South Nyack, New York & Tarrytown, New York, USA) 1.212 piedi (369 m)