Forth Bridge
Alcune strutture realizzate dall’uomo sono diventate simboli di una nazione, di uno specifico luogo o di un’epoca storica. Si pensi all’intramontabile Torre Eiffel o al Teatro dell’Opera di Sydney, ad esempio. Fra i ponti, sicuramente menzione d’onore va fatta per il Forth Bridge in Scozia, che da ben tre secoli caratterizza il paese!
Il Forth Bridge non è un semplice ponte, nè solo un punto di riferimento, è un vero e proprio pezzo di storia scozzese. Da ben 133 anni, infatti, domina il panorama del Firth of Forth, estuario di numerosi fiumi nella Scozia orientale, collegando le città di North Queensferry e South Queensferry, 14 chilometri ad Ovest di Edimburgo, la capitale scozzese.
La costruzione del Forth Bridge iniziò a cavallo fra 1882 e 1883 e fu completata nel 1890, con l’inaugurazione avvenuta il 4 Marzo dello stesso anno da parte del futuro re Edoardo VII. Il ponte porta le autorevoli firme di Sir John Fowler e Sir Benjamin Baker, entrambi eminenti ingegneri britannici dell’epoca, realizzazione invece dell’impresa di costruzioni Sir William Arrol & Co. Questi, in realtà, presero il posto del precedente progettista (anch’egli britannico) Thomas Bouch, dopo il tragico collasso del Tay Bridge di qualche anno prima, che lo vide coinvolto come progettista.
La costruzione del Forth Bridge avvenne per fornire un collegamento ferroviario diretto tra Edimburgo e il Nord della Scozia. Prima che il ponte fosse costruito, i treni dovevano percorrere un percorso lungo e tortuoso intorno al Firth of Forth, che aggiungeva molte ore al tempo di percorrenza. Il nuovo ponte ha rivoluzionato i viaggi in treno in Scozia e ancora oggi rimane una parte importante dell’infrastruttura di trasporto del paese.
Il Forth Bridge è considerato un capolavoro d’ingegneria ed è indubbiamente una delle imprese costruttive più impressionanti del mondo. Dal 2015, l’opera è patrimonio mondiale dell’UNESCO, oltre che importante simbolo del patrimonio industriale scozzese ed è apparso in molti film, programmi TV e opere d’arte nel corso degli anni. Piccola curiosità, il caratteristico colore rosso del ponte deriva dalla speciale vernice utilizzata per proteggere l’acciaio dalla corrosione causata dall’ambiente marino ostile.
Il Forth Bridge è un’opera che certamente non passa inosservata, tanto per il caratteristico colore rosso (che lo accomuna, ad esempio, con l’altrettanto famoso Golden Gate Bridge) quanto per l’iconica forma. Lo schema statico scelto, caratterizzante appunto la forma, è del tipo cantilever, ossia a mensola (o a sbalzo). Vale a dire che l’impalcato viene sorretto da travi a sbalzo (in questo caso simmetriche) di tipo reticolare.
Il ponte (il primo al mondo costruito principalmente in acciaio) ha una lunghezza totale di 2467 m. Quando venne aperto, aveva la campata a sbalzo singola più lunga del mondo, fino al 1919, quando è stato completato il Quebec Bridge in Canada (coi suoi 549 metri di luce principale). Quest’ultimo ponte segue molto fedelmente il progetto del Forth Bridge, a differenza della prima versione, in cui i progettisti effettuarono una profonda ottimizzazione strutturale degli elementi delle sottostrutture a sbalzo. Il risultato fu il crollo, nel 1907, del ponte durante le fasi costruttive, a dimostrazione della bontà costruttiva del ponte scozzese.
L’opera è costituita da tre enormi sezioni a doppio sbalzo (alte ben 110 metri) collegate da capriate che formano due campate centrali di 521 m. Le capriate superiori e inferiori sono in acciaio e scaricano le forze su pilastri in granito con cassoni in ferro. I bracci della àncore d’estremità hanno un contrappeso di 1000 tonnellate. Circa 4000 operai sono stati impiegati ogni giorno per costruire il ponte e sono stati utilizzati 6,5 milioni di rivetti e 65’000 tonnellate di acciaio. Ci vorrebbero tre Torri Eiffel per coprire la stessa distanza di quella delle sezioni a sbalzo del Forth Bridge!
Non a caso il ponte è considerato la “più grande struttura del XIX secolo”. Un vero monumento storico dell’ingegneria strutturale!
Per spiegare effettivamente il funzionamento strutturale dello schema statico a sbalzo di questa monumentale opera, i due ingegneri britannici misero in piedi una rappresentazione rimasta nella storia. Di quell’esperimento si tramanda una foto unica nel suo genere, che si ritrova in ogni gruppo di ingegneria sul web, chiamata The Human Cantilever, ossia “la mensola umana”.
La fotografia, datata 1887, dimostra praticamente il funzionamento di questa tipologia strutturale. Il “peso” centrale è Kaichi Watanabe, uno dei primi ingegneri giapponesi a studiare e specializzarsi nel Regno Unito. Egli rappresenta la trave centrale poggiata sulle due mensole esterne. Gli altri due sono i già citati progettisti dell’opera, Sir John Fowler e Sir Benjamin Baker dell’Imperial College di Londra. Fowler e Baker rappresentano, con le loro braccia, le porzioni superiori delle travi a sbalzo tese, mentre i bastoni sottostanti sono sollecitati a compressione. I mattoni ai lati dei tre rappresentano i contrappesi degli ancoraggi esterni del ponte stesso, e l’azione attiva delle banchine è visibile nello sforzo degli uomini, che grazie al peso centrale si trasforma in una trazione uniforme sulle braccia dei due ingegneri ai lati di Watanabe.
I primi ponti a sbalzo comparvero nell’800, quando crebbe la necessità di collegare distanze sempre maggiori fra loro. Per risolvere il problema della lunghezza delle campate, gli ingegneri dell’epoca iniziarono a distribuire meglio i carichi, introducendo snodi nella mezzeria, che servivano a riduree le sollecitazioni a parità di luce. L’inventore del ponte a sbalzo fu Heinrich Gerber, che realizzò la prima struttura nel 1866 sul fiume Meno in Germania, l’Hassfurt Bridge. Per gli standard odierni lo sbalzo era assai modesto, solo 38 metri, ma fu il pioniere dei ponti con travi a sbalzo.
