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Immagina di dover costruire un ponte ad arco usando la minor quantità di acciaio possibile, senza che si pieghi troppo sotto il peso del traffico. Sembra un rompicapo da ingegneri esperti, ma un nuovo studio pubblicato su *Applied Sciences* ha trovato una scorciatoia matematica per risolverlo.

I ricercatori hanno messo a punto un metodo iterativo: un algoritmo che prova, aggiusta e riprova le dimensioni delle travi finché non trova la combinazione più leggera in assoluto. Il "vincolo" principale non è la resistenza alla rottura, ma la freccia massima ammessa, ovvero quanto il ponte può flettersi al centro senza creare problemi.

La sorpresa sta nei consigli pratici che ne derivano. Per risparmiare materiale (e CO2), l'arco dovrebbe essere piuttosto "piatto": il rapporto tra altezza e luce ideale sta tra 1/5 e 1/7. Controintuitivamente, l'arco deve essere molto flessibile, mentre l'impalcato (il piano stradale) deve essere rigido. Infine, le anime delle travi — la parte verticale del profilo a I — vanno fatte sottilissime, al limite della stabilità locale.

Questa formula "magica" vale soprattutto per i ponti ad arco a spinta eliminata (con tirante), quelli dove l'arco spinge verso l'esterno ma un cavo inferiore trattiene la spinta. Il bello? Il metodo è così semplificato che, in fase preliminare, si può applicare anche a mano con carta e calcolatrice. Meno acciaio significa cantieri più veloci, costi minori e un'impronta ecologica ridotta: la dimostrazione che l'eleganza strutturale fa rima con sostenibilità.

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Lo studio (Applied Sciences, 15, 10022) formalizza un problema di ottimizzazione vincolata per ponti ad arco in acciaio a spinta eliminata con pendini verticali. La variabile di progetto è il peso totale della struttura (arco + impalcato + pendini + tirante), minimizzato tramite un ciclo iterativo che aggiorna le aree delle sezioni trasversali in base agli sforzi normali e flettenti agenti.

L'ipotesi chiave è che lo stato tensionale sia governato dalla freccia statica istantanea in un punto di controllo dell'impalcato, sotto una combinazione di carico semplificata (peso proprio + carico distribuito). Il progettista parametrizza la snellezza dell'anima (rapporto altezza/spessore) per arco e impalcato, e il rapporto di rigidezza flessionale (EI) tra i due elementi principali.

La novità metodologica risiede nella derivazione di una formulazione analitica approssimata che rende il procedimento esplicito, evitando modelli agli elementi finiti nelle fasi iniziali. Lo studio parametrico varia sistematicamente: rapporto freccia/luce (f/L), snellezza anime (h/t_w), rapporto di rigidezza (EI_arco/EI_impalcato).

Risultati ottimali globali: f/L ∈ [1/7, 1/5]; EI_arco << EI_impalcato (arco "morbido", impalcato "rigido"); anime al limite di snellezza per instabilità locale (secondo Eurocodice 3). Questo configura una struttura dove l'arco lavora quasi a pura compressione (funicolare), scaricando la flessione sull'impalcato, massimizzando l'efficienza materiale. L'approccio è estendibile a sezioni scatolate e materiali compositi.

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Fonti

Autori:
Juan José Jorquera-LucergaJuan Manuel García-Guerrero
Data Pubblicazione:
Articolo Originale www.mdpi.com
Verifica editoriale completata il 17/08/2026 Studio Originale / Fonte Primaria
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Licenza Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0

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