Le nuove forme del ponte identificate potrebbero consentire di raggiungere in futuro campate del ponte significativamente più lunghe, potenzialmente facendo un attraversamento dello Stretto di Gibilterra, dalla penisola iberica al Marocco, fattibile.

Le nuove forme del ponte utilizzano una nuova tecnica di modellazione matematica per identificare le forme ottimali per i ponti con campate molto lunghe. La ricerca è pubblicata il 19 settembre 2018 nel Atti della Royal Society A .

La campata di un ponte è la distanza della carreggiata sospesa tra le torri, con l'attuale record mondiale di poco meno di 2 km. La forma più popolare per le campate lunghe è la forma del ponte sospeso, come usato per il ponte Humber, sebbene la forma del ponte strallato, dove i cavi collegano direttamente la torre alla carreggiata, come quello utilizzato nel Queensferry Crossing in Scozia di recente costruzione, sta diventando sempre più popolare.

Man mano che le campate dei ponti si allungano, una porzione in rapida crescita della struttura è necessaria solo per sostenere il peso del ponte, piuttosto che il traffico che lo attraversa. Questo può creare un circolo vizioso:un aumento relativamente piccolo della luce richiede l'uso di una quantità significativamente maggiore di materiale, portando a una struttura più pesante che richiede ancora più materiale per sostenerla. Questo stabilisce anche un limite alla lunghezza della campata di un ponte; oltre questo limite un ponte semplicemente non può reggere il proprio peso.

Un'opzione è usare più forte, materiali più leggeri. Però, l'acciaio rimane la scelta preferita perché è duro, facilmente reperibili e relativamente economici. Quindi l'unico altro modo per aumentare la luce è cambiare il design del ponte.

Professor Matthew Gilbert dell'Università di Sheffield, che ha condotto la ricerca, ha dichiarato:"Il ponte sospeso esiste da centinaia di anni e mentre siamo stati in grado di costruire campate più lunghe attraverso miglioramenti incrementali, non abbiamo mai smesso di guardare per vedere se è effettivamente la forma migliore da usare. La nostra ricerca ha dimostrato che esistono forme strutturalmente più efficienti, che potrebbe aprire la porta a ponti significativamente più lunghi in futuro."

La tecnica ideata dal team si basa sulla teoria sviluppata dall'omonimo del professor Gilbert, Davies Gilbert, che all'inizio del XIX secolo usò la teoria matematica per persuadere Thomas Telford che i cavi di sospensione nel suo progetto originale per il ponte sullo stretto di Menai nel Galles settentrionale seguivano una curva troppo bassa. Ha anche proposto una "catenaria di uguale sollecitazione" che mostra la forma ottimale di un cavo tenendo conto della presenza di carichi gravitazionali.

Incorporando questa teoria dell'inizio del XIX secolo in un moderno modello di ottimizzazione matematica, il team ha identificato concetti di ponte che richiedono il volume minimo possibile di materiale, potenzialmente rendendo possibili campate significativamente più lunghe.

I progetti matematicamente ottimali contengono regioni che assomigliano a una ruota di bicicletta, con più 'raggi' al posto di una singola torre. Ma questi sarebbero molto difficili da costruire in pratica su larga scala. Il team ha quindi sostituito questi con torri divise comprendenti solo due o tre "raggi" come compromesso che conserva la maggior parte dei vantaggi dei design ottimali, pur essendo un po' più facile da costruire.

Per un arco di 5 km, che probabilmente sarà necessario per costruire l'attraversamento dello Stretto di Gibilterra di 14 km, un design tradizionale di un ponte sospeso richiederebbe molto più materiale, rendendolo almeno il 73% più pesante del design ottimale. In contrasto, i design proposti a due e tre razze sarebbero solo il 12 e il 6% più pesanti, rendendoli potenzialmente molto più economici da costruire.

Le nuove forme del ponte richiedono meno materiale principalmente perché le forze dall'impalcato vengono trasmesse in modo più efficiente attraverso la sovrastruttura del ponte alle fondamenta. Ciò si ottiene mantenendo i percorsi di carico brevi, ed evitando spigoli vivi tra elementi di trazione e compressione.

Il team sottolinea che la loro ricerca è solo il primo passo, e che le idee non possono essere sviluppate immediatamente per la costruzione di un ponte a mega campate. Il modello attuale considera solo i carichi gravitazionali e non considera ancora le forze dinamiche derivanti dal traffico o dal carico del vento. Sono inoltre necessari ulteriori lavori per affrontare i problemi di costruzione e manutenzione.

Coautore, Ian Firth, da COWI, ha dichiarato:"Questo è uno sviluppo interessante nella ricerca di una maggiore efficienza dei materiali nella progettazione di ponti a campata super lunga. C'è molto più lavoro da fare, in particolare nell'elaborazione di metodi di costruzione efficaci ed economici, ma forse un giorno vedremo queste nuove forme prendere forma attraverso un ampio estuario o una traversata marittima".