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Gli archi dei ponti Romani: come hanno fatto a durare così a lungo nel tempo?

CARATTERISTICHE STRUTTURALI PONTI AD ARCO ROMANI

Gli archi dei ponti Romani: quale carico possono sostenere, come hanno fatto a durare così a lungo nel tempo?

Fondamentale per l’espansione e il consolidamento dell’impero Romano è stata l’abilità nelle tecniche costruttive e, in particolare, i progressi infrastrutturali legati all’impiego dell’arco.
Le strutture ad arco hanno permesso ai romani di costruire edifici con un rapporto tra aperture nelle pareti e l’altezza delle stesse di gran lunga maggiore rispetto a quelli raggiunti fino ad allora. Le prove dei vertici raggiunti da questa perizia strutturale possiamo riscontrarle non solo nel Colosseo ma anche nel labirinto di catacombe con struttura ad arco che si sviluppano sotto il centro storico di Roma.

Focalizziamo l’attenzione sul ponte ad arco, si trattava di una tecnologia senza precedenti, che ha permesso per la prima volta  alle barche di passare sotto i ponti e che ha consentito la realizzazione degli acquedotti sospesi.

Perché il ponte ad arco è stato di così cruciale importanza per l'impero romano, e quali erano le proprietà strutturali dell’arco che hanno permesso alle architetture romane di sopravvivere relativamente intatte fino ai nostri giorni?

Il fattore rivoluzionario del ponte ad arco è che gli elementi che lo compongono lavorano quasi esclusivamente in compressione. Quindi sia i carichi permanenti che accidentali che le sollecitazioni vengono applicati sempre in compressione, consentendo a materiali come roccia o calcestruzzo non armato, di essere utilizzati in modo efficace sfruttando al massimo le loro capacità di resistenza.

Al giorno d'oggi, le travi in calcestruzzo sono rinforzate con armature per sopportare le sollecitazioni di trazione, ma i romani non avevano questa conoscenza tecnica. Aumentando il raggio di curvatura dell’arco, questo inizia ad avere un comportamento più simile ad una trave, quindi alla base dell’arco iniziano a comparire componenti di trazione oltre a quelli di compressione che invece diminuiscono.

Si valuta che  il Pantheon, ancor oggi la più grande struttura a cupola in calcestruzzo non armato mai realizzata, sia la struttura a cupola di maggiori dimensioni che i romani avrebbero potuto realizzare con le loro competenze tecniche, senza arrivare al collasso.

Valutare quale carico può sopportare un ponte ad arco è piuttosto complicato. Poiché tutti i componenti dell’arco lavorano a compressione, il valore massimo di carico di ogni arco è essenzialmente equivalente al punto di taglio di qualsiasi materiale.
Il granito, per esempio, sarebbe un materiale da costruzione di gran lunga migliore rispetto alla pietra arenaria per realizzare un arco. Possiamo comunque affermare che la capacità degli archi di sopportare i carichi è superiore a qualsiasi altra tipologia strutturale, anche a quelle attuali.

Poiché tutti i componenti di una struttura ad  arco funzionano a compressione, un arco in pietra ben costruito non necessita di malta di collegamento tra i conci, saranno piuttosto le forze di attrito da compressione a mantenere stabile la struttura. Invece di perdere ore nella determinazione del carico massimo di un arco costruito da una particolare di pietra, ci occupiamo di determinare un valore di carico massimo valido per la maggior parte degli archi in pietra esistenti.

Per i romani e per gli ingegneri attuali, limite di snervamento di una struttura ad arco è molto al di là dei  carichi realistici che la struttura stessa si troverà a sopportare nel corso della sua esistenza. Questi stessi principi che hanno reso l'arco così solido sono gli stessi che gli hanno consentito durare così a lungo. Quando una struttura creata da archi è sottoposta ad una serie di carichi che creano basse sollecitazioni e tensioni sui materiali, lo stress considerato nel lungo periodo è minimo, se non nullo.
Dal momento che i punti di rottura delle strutture ad arco sono così al di là dei valori di carico pratici, tendono a durare fino a quando la roccia o la struttura resiste agli agenti atmosferici il che significa un tempo molto lungo.

I romani per costruire molte delle loro strutture, come il Colosseo, usavano un tipo di calcestruzzo che si è stimato essere circa 10 volte più debole del moderno cemento. Tuttavia, il calcestruzzo romano era molto più resistente agli agenti atmosferici grazie all'abbondanza di cenere vulcanica utilizzata nella sua composizione. Questa particolarità ha ulteriormente aumentato la resistenza degli edifici ad arco consentendo all'architettura e agli edifici romani di arrivare ai giorni nostri conservando in maniera pressoché intatta tutta la loro bellezza originaria.

FONTE: Roman Arch Bridges: How Much Weight Can they Hold and How Did They Last so Long?