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Golden Gate Bridge | L’incredibile ingegneria dietro la sua costruzione

Osservando il Golden Gate Bridge che fluttua sopra l’oceano Pacifico, i tuoi occhi potrebbero essere attratti dal suo splendido sistema di cavi sospesi. Cosa accadrebbe al ponte se questo sistema di cavi non fosse presente? In breve, sarebbe una catastrofe. Affrontiamo le correnti mortali dell’oceano Pacifico e costruiamo il Golden Gate Bridge con il suo ingegnere capo, il signor Joseph Strauss. Esploreremo anche le affascinanti imprese ingegneristiche raggiunte dal Golden Gate Bridge. Andiamo!

Il Golden Gate Bridge è un ponte sospeso. Un ponte sospeso altamente semplificato può essere costruito nel seguente modo. Erezione di due torri alle estremità dell’oceano e sospensione di un lungo cavo tra di esse. Questo cavo può essere approssimato come una parabola. Ora, colleghiamo una piattaforma stradale in calcestruzzo con dei pilastri. Questo fornisce chiaramente supporto alle estremità della piattaforma stradale. Quando colleghiamo i cavi di sospensione tra il cavo principale e la piattaforma stradale, anche la parte centrale del ponte viene supportata, così la piattaforma non collasserà come visto prima. Questo è il design di base di un ponte sospeso. Prima di esplorare ulteriormente il Golden Gate Bridge, capiamo perché gli ingegneri scelsero un progetto a sospensione per questo sito.

La distanza tra le due coste del Golden Gate è di ben 2,7 chilometri. Proviamo a costruire un ponte a trave convenzionale qui. Si può vedere che la piattaforma stradale è supportata da vari piloni. La presenza di questi piloni blocca il passaggio delle navi sotto il ponte. Come si può immaginare, costruirli a 90 metri di profondità nell’acqua sarebbe estremamente costoso. Pertanto, il design a trave non ha senso qui.

Ora consideriamo un ponte ad arco. Questo garantirebbe sicuramente il passaggio delle navi. Tuttavia, per mantenere la forma dell’arco, il ponte dovrebbe essere estremamente alto. Una struttura simile sarebbe molto complessa da costruire. Ecco perché il signor Joseph Strauss optò per un design a sospensione: un ponte capace di superare tutti gli svantaggi discussi in modo molto efficiente.

Ora analizziamo i dettagli del design del ponte sospeso. Questo progetto presenta un problema evidente. Se costruisci il ponte in questo modo, le torri si piegheranno verso l’interno come mostrato. Il cavo principale è sottoposto a un enorme carico di trazione. Questo esercita una forza sulla torre. Risolvendo questa forza, si nota che c’è una forza orizzontale squilibrata che agisce verso l’interno sulla torre, spiegando così perché si piega. Riesci a trovare una soluzione a questo problema? Per annullare questa forza orizzontale, serve la stessa forza in direzione opposta. La soluzione più diretta è estendere il cavo principale e ancorarlo al terreno tramite un sistema di ancoraggio.

Tuttavia, possiamo ottimizzare le risorse finanziarie necessarie per costruire questo ponte con un’idea semplice. Basta avvicinare le torri tra loro. Così, la lunghezza della piattaforma stradale non supportata si riduce. Di conseguenza, la tensione nel cavo diminuisce. Questo porterà chiaramente a un cavo con una sezione trasversale minore. Lo spessore dei cavi principali supera la metà dell’altezza di un essere umano medio! Come attrazione turistica, un pezzo di questo impressionante cavo principale è esposto vicino al Golden Gate Bridge.

Tuttavia, se costruisci il ponte con questo esatto design, subirà una morte prematura. Riesci a indovinare perché? I collegamenti sono la parte più debole in qualsiasi sistema strutturale. Il collegamento diretto dei tiranti in acciaio con la piattaforma in calcestruzzo porterà alla formazione di crepe sulla piattaforma, poiché il calcestruzzo è fragile per natura. Vediamo come il signor Strauss risolse questo problema.

Il signor Strauss decise di collegare i tiranti a una struttura in acciaio. Una connessione acciaio-acciaio è sempre solida. I dettagli della connessione tra i tiranti e la struttura in acciaio sono illustrati qui. La piattaforma stradale è posizionata su questa struttura. Il signor Strauss mantenne la larghezza della strada a 27 metri per rispondere alle esigenze del traffico attuale e futuro.

Assemblare la struttura in questo modo fu tutt’altro che semplice, a causa delle condizioni ventose e nebbiose del sito. Per facilitare il processo, i lavoratori prefabbricarono ogni elemento della capriata e li trasportarono sul sito via nave. L’assemblaggio dei singoli elementi fu effettuato utilizzando una gru derrick, e le connessioni furono fissate tramite rivetti. Per garantire la sicurezza degli operai, fu installata una rete sotto la piattaforma del ponte. Mentre la costruzione del ponte progrediva, collegavano contemporaneamente la struttura al cavo principale tramite cavi di sospensione. Inoltre, per mantenere un carico uniforme sul cavo, gli operai dovevano assemblare il sistema in modo simultaneo ed equilibrato in entrambe le direzioni per ciascuna torre. Così, il Golden Gate fu unito! Furono utilizzate 250 coppie di cavi verticali, e appesero l’intera piattaforma del ponte al cavo principale.

Dopo la costruzione delle strutture in acciaio, i lavoratori verniciarono il ponte con uno speciale colore arancione internazionale.

Esaminiamo ora alcuni dettagli della costruzione della piattaforma stradale in calcestruzzo sopra questa solida struttura. Gli operai posizionarono prima delle casseforme in legno. Attaccarono delle barre d’acciaio, le saldarono alle sezioni d’acciaio sottostanti e successivamente colarono e compattarono il calcestruzzo usando un ago vibrante.

Il nostro ponte ora sembra perfetto! Ma è pronto per sopportare il traffico veicolare? Non ancora. Dobbiamo prima affrontare un’altra grande sfida ingegneristica: la dilatazione termica. Il calcestruzzo e la struttura in acciaio associata si espanderanno o contrarranno in base alle variazioni di temperatura ambientale. Se avessimo costruito questo ponte come un pezzo unico, in una calda giornata di sole, il ponte si espanderebbe causando enormi sollecitazioni sulla torre e sulla strada. Alla fine, il ponte subirebbe danni.

Se hai mai visitato il Golden Gate Bridge, potresti aver notato connessioni peculiari sulla strada. Queste connessioni, chiamate “giunti di dilatazione a pettine”, furono la soluzione del signor Strauss al problema della dilatazione termica.

Il signor Strauss divise la piattaforma in 7 sezioni separate. Puoi vedere che questo ponte ha 3 supporti intermedi. I giunti di dilatazione a pettine sono installati tra gli spazi. Durante un aumento estremo della temperatura, la lunghezza della piattaforma aumenta e questi giunti si muovono fino a quasi 1,2 metri! Che soluzione elegante per un problema serio!

Tuttavia, c’è ancora un piccolo problema da risolvere. La dilatazione termica dell’acciaio è leggermente superiore a quella del calcestruzzo. Questa dilatazione differenziale può causare problemi alla piattaforma in calcestruzzo, composta da una miscela di calcestruzzo e barre d’acciaio, ma tale problema è trascurabile se la lunghezza è piccola. Ecco perché il Golden Gate contiene piccoli giunti di dilatazione ogni 15 metri.
Un’altra grande sfida progettuale affrontata dal signor Strauss fu l’altezza della torre. Facciamo un esperimento per capirlo meglio.


Ho due modelli di ponte con me. Un modello con torre alta – ha una freccia ampia. L’altro – design con torre bassa – ha ovviamente una freccia piccola. La domanda è: quale ponte offre maggiore resistenza in un ponte a sospensione? Proviamo il primo design con una piattaforma stradale, e anche molto pesante. Quando attacco la piattaforma, questo design regge bene. Questo design è sicuro. Ora attacchiamo lo stesso peso al secondo design – quello con torre bassa. Questo ponte è crollato improvvisamente, non ho nemmeno fatto in tempo a reagire. In breve, abbiamo provato sperimentalmente che il design con torre alta è il migliore per un ponte sospeso. È più resistente. Ma perché? Per rispondere a questa domanda, invitiamo il capo ingegnere di questo progetto, il signor Joseph Strauss.

La differenza principale tra questi due design è l’angolo del cavo. In entrambi, il carico da sostenere è lo stesso. La componente verticale della tensione del cavo bilancia questo peso. Poiché il design con torre bassa ha un angolo minore, per bilanciare il peso il cavo deve esercitare una tensione maggiore. Ecco perché la torre bassa fallisce durante l’esperimento. La torre alta ovviamente riduce la tensione nel cavo, ma costa molto di più costruirla. Ecco perché il signor Strauss calcolò un’altezza ottimale della torre di 227 metri, una via di mezzo tra i due scenari.


Ora passiamo alla parte più emozionante del video: la costruzione del Golden Gate Bridge in un ambiente ostile. Iniziamo con la costruzione delle torri.

Sapevi che la costruzione della torre sul lato sud fu più difficile di quella sul lato nord? Questo perché per la torre sud si dovette affrontare il violento oceano Pacifico. Una fondazione della torre deve essere costruita su una roccia solida chiamata “strato duro”. Per il lato sud, lo strato duro si trovava a 15 metri sotto il livello del fondale marino e aveva un fondo inclinato. È necessario scavare fino a questa profondità e costruire una fondazione in cemento armato per la torre sud.
Per farlo, furono assunti sommozzatori professionisti per far esplodere bombe sott'acqua. I sommozzatori rimossero i detriti dell'esplosione e prepararono una superficie più adatta. Ora era il momento di costruire un telaio in acciaio e legno su questa superficie. I sommozzatori fecero ovviamente un lavoro straordinario. Ora vediamo la sezione trasversale della struttura che costruirono. Poi fu colato il calcestruzzo per creare ciò che viene chiamato pareti di protezione.

Successivamente, tutta l'acqua interna fu pompata fuori. Ora che le pareti di protezione sono pronte, gli operai possono entrare e iniziare a scavare per raggiungere lo strato duro? Ecco il problema. Le correnti oceaniche sono così violente che le pareti di protezione dovrebbero sopportare una forza enorme verso l'interno e potrebbero crollare – questo tipo di costruzione è altamente pericoloso.

Il signor Strauss ebbe un'idea geniale! Inizialmente, posizionarono i tubi per le esplosioni, il condotto per gli operai e quello per i materiali all'interno delle pareti di protezione. Il trucco consisteva nel costruire una spessa soletta in cemento armato affinché gli operai potessero lavorare sotto di essa.

Il modo in cui gli operai raggiungevano la camera di lavoro era piuttosto interessante – era tramite il condotto per i lavoratori. Continuarono a perforare i massi e a scavare sotto la soletta in cemento armato. Questa soletta sosteneva le pareti di protezione e proteggeva gli operai sotto di essa dalle correnti mortali.

Durante questo processo, l’intera struttura delle pareti di protezione fu lasciata affondare lentamente. Puoi vedere la sua forma affilata come una lama. Alla fine raggiunsero lo strato roccioso duro. Dopo averlo livellato, costruirono lì una struttura in acciaio e realizzarono una fondazione in cemento armato. La costruzione dell’intera fondazione è ora piuttosto semplice. Puoi vedere come le pareti di protezione proteggano la fondazione principale dalle onde distruttive.

Ora è il momento di osservare la costruzione delle gigantesche torri. Una volta completata la fondazione, assemblarono su di essa la piastra di base in acciaio. Ora entra in gioco la magia di queste celle in acciaio cave. Le assemblarono e le unirono con rivetti come se stessero costruendo una torre con i LEGO. Puoi vedere con quanta astuzia dovettero pianificare le forme e le dimensioni di queste celle affinché la torre ottenesse alla fine la forma desiderata. Il signor Strauss progettò questa struttura cellulare unica per essere economica e allo stesso tempo resistente. La costruzione della torre fu poi completata. Successivamente, era tempo di posizionare i cavi principali.

Per farlo, installarono prima delle selle per cavi sulla sommità delle torri.

Potresti pensare che il cavo principale sia un unico cavo solido. In realtà, il cavo principale è composto da 27.000 fili più piccoli, per una lunghezza complessiva di 129.000 chilometri di filo d’acciaio utilizzato per la sua fabbricazione. Per iniziare la posa di questi cavi, i lavoratori costruirono prima una passerella per se stessi. Inizialmente, posero un cavo di supporto.

I cavi principali furono fatti passare tramite queste ruote rotanti. Inoltre, questi piccoli fili furono fatti passare uno ad uno sopra la torre tramite la sella per cavi e poi fissati dai lavoratori.

Successivamente, i fili vennero compressi strettamente usando una pressa idraulica. Li avvolsero contemporaneamente utilizzando un filo d’acciaio zincato, motivo per cui il cavo principale sembra un unico tubo di grandi dimensioni. Questi cavi sono ancorati alla roccia di base con piastre in acciaio.
Dopo la posa dei cavi principali, furono attaccati ad essi i cavi di sospensione. Non restava altro che costruire la struttura della piattaforma e colare il calcestruzzo per la strada. Sai già come fecero.
Un evento strano accadde sul Golden Gate Bridge nel suo 50° anniversario, quando più di 300.000 persone si radunarono sul ponte tutte insieme. Probabilmente puoi prevedere cosa succede se un ponte sospeso viene sovraccaricato. Il sovraccarico può causare l’abbassamento del ponte. Questo può persino far piegare verso l’interno le torri principali. È esattamente ciò che accadde quel giorno. La piattaforma stradale si abbassò di quasi 2 metri! Anche con questo carico estremo, l’incredibile ponte sospeso del signor Strauss rimase in piedi!

Non si può che ammirare le tecnologie sviluppate 89 anni fa nella progettazione e costruzione del Golden Gate Bridge. Questo progetto di successo ha rappresentato un enorme passo avanti nell’ingegneria civile.
Speriamo che tu abbia apprezzato il video.