I ponti ad arco in pietra costituiscono una delle prime tipologie di ponti mai realizzati nella storia dell’umanità, grazie alla loro semplicità costruttiva e alla facilità di reperire materiali adatti alla sua costruzione. L’arco è infatti uno degli schemi statici più semplici ed efficaci, funziona principalmente in compressione, e per questo viene realizzato con materiali che ne esaltano il funzionamento, come la muratura o il calcestruzzo. Già nell’antica Grecia si trovano esempi di ponti di questo tipo, la cui tecnica è stata poi resa famosa e diffusa dalla civiltà Romana durante il loro impero. Dall’altra parte del mondo, in Cina, il primo ponte ad arco in pietra fu costruito circa 600 anni più tardi rispetto a quelli Romani; oggi, in un’epoca in cui la tecnologia all’avanguardia regna anche nell’edilizia, la gloria di quei ponti passati è stata ricreata attraverso la tecnologia della stampa 3D.

Il 12 gennaio 2019 infatti è stato inaugurato a Shanghai, nel distretto di Baoshan, il più grande ponte pedonale in cemento stampato in 3D del mondo. Il progetto è stato sviluppato dal team del professor Xu Weiguo della Tsinghua University (School of Architecture), il Centro di ricerca congiunto Zoina Land per l’architettura digitale, ed è stato realizzato in collaborazione con la Shanghai Investment Company di Wisdom Bay.

Le caratteristiche del ponte

Il ponte pedonale è lungo di 26,3 metri e largo 3,6, superando in dimensioni uno dei primi ponti pedonali in 3D mai realizzati, ovvero quello del parco urbano di Alcobendas, a sud di Madrid. La struttura del ponte è ispirata all’antico ponte Anji di Zhaoxian, e come ogni grande progetto del popolo cinese questo ponte segna il presente sfruttando una tecnologia del prossimo futuro, volgendo però lo sguardo indietro al passato e rispettando ciò che è stato. Questo ponte sfrutta lo schema statico ad arco singolo per sopportare il carico e trasferirlo a terra.

A Shanghai il ponte pedonale più lungo stampato in 3D
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Prima del processo di stampa del ponte, è stato costruito un modello fisico in scala 1: 4 per eseguire vari test sulla struttura, i quali hanno dimostrato che la resistenza del ponte può soddisfare i requisiti di carico da folla. Il ponte pedonale è composto da tre parti: la struttura ad arco, i corrimani e la pavimentazione. La struttura del ponte contiene 44 unità cave di calcestruzzo stampato 3D nella dimensione di 0,9 x 0,9 x 1,6 metri, mentre i corrimani e i marciapiedi sono anch’essi divisi rispettivamente in 68 e 64 unità.

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I materiali di stampa di questi componenti sono tutti materiali compositi composti da cemento in fibra di polietilene con vari additivi. Dopo ripetuti test e esperimenti di stampa, il calcestruzzo ha una reologia controllabile tale da soddisfare i requisiti di stampa; la resistenza alla compressione dei questo nuovo calcestruzzo raggiunge 65 MPa, mentre quella a flessione raggiunge 15 MPa.

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Tutti i componenti in calcestruzzo di questo ponte sono stati stampati utilizzando due sistemi di stampa 3D a braccio robotico in circa 450 ore. Per quanto riguarda le spese, i progettisti affermano che il ponte in 3D ha un costo di circa due terzi rispetto a un ponte convenzionale di dimensioni simili. Ciò è dovuto principalmente al fatto che la stampa e la costruzione del corpo principale del ponte non necessitano di barre d’armatura, risparmiando in modo significativo sui costi.

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L’innovazione nella stampa 3D

Il sistema di stampa 3D utilizzato per questo ponte è stato sviluppato in modo indipendente dal team del Professor Xu Weiguo e rappresenta un’innovazione nel campo della stampa 3D applicata all’edilizia. Tra i principali punti di novità c’è quello che riguarda il braccio robotico, il quale evita sia che il materiale si ostruisca durante il processo di estrusione, sia il collasso durante l’impilamento dello strato del materiale; un altro punto importante riguarda la formula per i materiali di stampa, unica nel suo genere, che ha prestazioni ragionevoli e una reologia stabile.

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Grazie quindi alle caratteristiche di elevata efficienza di stampa, l’alta precisione nel processo e l’alta costanza nel lavoro prolungato, questo processo di stampa 3D punta a diventare un modello a livello internazionale. “Il completamento del ponte pedonale segna un passaggio gratificante per questa tecnologia, dalla ricerca e dallo sviluppo in laboratorio alle applicazioni pratiche in campo ingegneristico“, così afferma Xu Weiguo. “Allo stesso tempo segna l’ingresso della Cina nell’ambito della tecnologia di stampa 3D, che porterà le nostre costruzioni a un livello avanzato nel mondo.

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Il ponte è integrato con un sistema di monitoraggio in tempo reale che include sensori a vibrazione e un sistema di monitoraggio della deformazione ad alta precisione. I sensori sono in grado di raccogliere i dati di carico e di deformazione del ponte in tempo reale e avranno effetti pratici sul tracciamento delle prestazioni dei nuovi materiali in calcestruzzo e delle proprietà meccaniche strutturali dei componenti di stampa.