Μια τοξωτή γέφυρα είναι ένας τύπος αρχιτεκτονικής κατασκευής που βασίζεται σε ένα καμπύλο, ημικυκλικό σχήμα για στήριξη. Οι περισσότερες καμάρες κατανέμουν το βάρος εξίσου και είναι μια ελκυστική επιλογή για γέφυρες, επειδή μπορούν να εκτείνονται σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς να χρειάζονται στύλους ή άλλους μηχανισμούς που φέρουν βάρος για να βυθιστούν στο έδαφος. Οι περισσότερες γέφυρες ορθοστάτη και δοκού, αντίθετα, χρειάζονται κολώνες ή άλλα στηρίγματα που τοποθετούνται σε τακτά χρονικά διαστήματα. Οι τοξωτές γέφυρες είναι κοινές σε μεγάλους ποταμούς, φαράγγια και άλλα μέρη όπου μπορεί να μην είναι πρακτικό να τοποθετηθούν ενδιάμεσα στηρίγματα.
Πηγή Δύναμης
Η δύναμη αυτού του τύπου γέφυρας προέρχεται από το σχήμα της. Καθώς το τόξο πιέζεται προς τα κάτω από την κορυφή του, το έδαφος ωθεί προς τα πάνω με ίση δύναμη. Επιπλέον στήριγμα τοποθετείται επίσης συχνά κατά μήκος των στηρίξεων ή των πλευρών της κατασκευής για να εμποδίζει την κάμψη της καμάρας προς τα έξω όταν την πιέζουν μεγάλα φορτία, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις τίποτα δεν χρειάζεται να αγγίζει το έδαφος σε οποιοδήποτε σημείο κατά μήκος του ανοίγματος. Ως αποτέλεσμα, το τόξο είναι πάντα υπό συμπίεση, με αποτέλεσμα να γίνεται άκαμπτο και να διατηρεί τη δύναμή του.
Πώς κατασκευάζονται
Αυτού του είδους οι γέφυρες πρέπει να κατασκευαστούν με τέτοιο τρόπο ώστε να χειρίζονται τις ισχυρές δυνάμεις συμπίεσης που τις βοηθούν να διατηρήσουν το σχήμα τους, κάτι που συχνά απαιτεί λίγη μηχανική τεχνογνωσία. Υπάρχουν μερικές διαφορετικές τεχνικές, αλλά οι περισσότερες περιλαμβάνουν την έναρξη με μια βασική φόρμα και στη συνέχεια την προσθήκη στηρίξεων στην πορεία. Μερικοί κατασκευαστές ξεκινούν με ένα ξύλινο πλαίσιο, για παράδειγμα, το οποίο βοηθά στη διατήρηση του σχήματος της καμάρας κατά την κατασκευή. Αυτό είναι πιο συνηθισμένο για γέφυρες από πέτρα ή σκυρόδεμα.
Μόλις τοποθετηθεί ολόκληρο το τόξο, μπορεί να αφαιρεθεί η προσωρινή ξύλινη κατασκευή. Οι αρχαίες πέτρινες γέφυρες βασίζονταν στην τελική κορυφαία πέτρα, ή θεμέλιο λίθο, που έπρεπε να τοποθετηθεί στη θέση της ώστε η γέφυρα να βιώσει τη συμπίεση που θα την έκανε ισχυρή. Τα στηρίγματα κατά μήκος της πλευράς της γέφυρας μπορούν επίσης να βοηθήσουν στη διατήρηση του σχήματός της καθώς τα φορτία πιέζουν προς τα κάτω από πάνω.
Τύποι Οικοδομικού Υλικού
Πολλές από τις παλαιότερες τοξωτές γέφυρες είναι κατασκευασμένες από κομμένη πέτρα. Οι αρχαίοι Ρωμαίοι και οι Έλληνες έχτισαν έναν αριθμό από αυτές τις κατασκευές όπως και οι πολιτισμοί σε όλη την Ασία, και ορισμένες από αυτές τις γέφυρες υπάρχουν ακόμα και σήμερα. Από ορισμένες απόψεις αυτό μπορεί να οφείλεται τόσο στο υλικό όσο και στη μηχανική. Οι πέτρες είναι μερικά από τα καλύτερα υλικά για αντοχή στη συμπίεση λόγω του τρόπου με τον οποίο απορροφούν και μεταφέρουν ενέργεια. Η πέτρα και το τούβλο εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σίγουρα στη σύγχρονη κατασκευή γεφυρών, αν και ο χάλυβας και το χυμένο σκυρόδεμα, τα οποία μπορούν να διαμορφωθούν πιο εύκολα, είναι επίσης αρκετά κοινά.
Οι σύγχρονες γέφυρες που βασίζονται σε οπλισμένο χυτό σκυρόδεμα μπορούν συχνά να διατηρήσουν την αντοχή τους από το ίδιο το σκυρόδεμα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χρειάζονται πρόσθετα στηρίγματα κατά μήκος των πλευρών. Ωστόσο, τα στηρίγματα είναι πολύ συνηθισμένα στη μεταλλουργία, ιδιαίτερα εάν μια γέφυρα έχει σχεδιαστεί για να υποστηρίζει μεγάλα βάρη. Τα τρένα, για παράδειγμα, συχνά πρέπει να είναι πολύ ισχυρότερα από τις γέφυρες που χρησιμοποιούνται κυρίως από πεζούς ή ακόμα και επιβατικά αυτοκίνητα.
Παραλλαγές και Χρήσεις
Υπάρχουν πολλοί τύποι τοξωτών γεφυρών και πολλοί διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Είναι ίσως πιο δημοφιλείς πάνω από το νερό, καθώς δεν απαιτούν τη βύθιση των στύλων ή των στηρίξεων στη μέση, κάτι που μπορεί να διαταράξει τη ροή του νερού και να είναι ακριβό στην εγκατάσταση και τη συντήρηση. Ανάλογα με το πόσο ψηλό είναι το τόξο, μπορούν επίσης να επιτρέψουν την εύκολη διέλευση πλοίων νερού όπως βάρκες.
Είναι επίσης σύνηθες να βλέπεις αυτές τις γέφυρες πάνω από απόκρημνα φαράγγια, κοιλάδες βουνών ή οπουδήποτε αλλού πρέπει να πάνε αυτοκίνητα ή τρένα, αλλά όπου μπορεί να είναι δύσκολο να βυθίσεις τα στηρίγματα. Όταν κατασκευαστούν σωστά, μπορούν συνήθως να υποστηρίξουν μεγάλα φορτία χωρίς να διαταράξουν μεγάλο μέρος του περιβάλλοντος περιβάλλοντος.
Μια παραδοσιακή διάταξη έχει το οδόστρωμα στην κορυφή της καμάρας, ενώ σε άλλες, η καμάρα υψώνεται πάνω από το οδόστρωμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν ακόμη και να χτιστούν το ένα πάνω στο άλλο για να εκτείνονται σε πολύ υψηλότερο υψόμετρο. Αυτό είναι σύνηθες στην περίπτωση των υδραγωγείων, που μετακινούν το νερό από το ένα μέρος στο άλλο.