Αψιδωτή γέφυρα

Η αρχαιότερη υπάρχουσα τοξωτή γέφυρα μπορεί να είναι η μυκηναϊκή γέφυρα του Αρκαδικού στην Ελλάδα. Χτίστηκε περίπου το 1300 π.Χ. Η πέτρινη τοξωτή γέφυρα με κορνίζες χρησιμοποιείται ακόμη. Η καλοδιατηρημένη ελληνιστική γέφυρα της Ελεύθερνας διαθέτει τριγωνική καμάρα με κορνίζα. Η πεζογέφυρα της Ρόδου του 4ου αιώνα π.Χ. στηρίζεται σε μια πρώιμη αψίδα με κιονόκρανο.

Τόσο οι Ετρούσκοι όσο και οι αρχαίοι Έλληνες γνώριζαν τα τόξα. Αλλά οι Ρωμαίοι ήταν οι πρώτοι που χρησιμοποίησαν τα τόξα για την κατασκευή γεφυρών.

Οι ρωμαϊκές τοξωτές γέφυρες ήταν συνήθως ημικυκλικές. Ορισμένες ήταν επίσης τμηματικές τοξωτές γέφυρες (όπως η γέφυρα Alconétar), που σημαίνει ότι έχει καμπύλη αψίδα που είναι μικρότερη από ημικύκλιο. Μια τέτοια γέφυρα με τμηματική καμάρα επέτρεπε τη διέλευση μεγάλων ποσοτήτων πλημμυρικών υδάτων από κάτω της. Αυτό απέτρεπε τη γέφυρα από το να παρασυρθεί κατά τη διάρκεια πλημμυρών. Επίσης, η ίδια η γέφυρα θα μπορούσε να είναι πιο ελαφριά. Γενικά, οι ρωμαϊκές γέφυρες είχαν σφηνοειδείς πρωτεύοντες λίθους τόξου (που ονομάζονταν voussoirs) ίδιου μεγέθους και σχήματος. Οι Ρωμαίοι κατασκεύαζαν τόσο μονόκλινα ανοίγματα όσο και μακρόστενα υδραγωγεία πολλαπλών τόξων. Οι γέφυρές τους διέθεταν πλημμυρικά ανοίγματα στους πυλώνες.

Στη μεσαιωνική Ευρώπη, οι κατασκευαστές γεφυρών βελτίωσαν τις ρωμαϊκές κατασκευές, χρησιμοποιώντας στενότερους πυλώνες. Χρησιμοποίησαν λεπτότερα βαρέλια τόξων και χαμηλότερες αναλογίες ανοίγματος-ανύψωσης στις γέφυρες. Εισήχθησαν επίσης γοτθικά οξυκόρυφα τόξα που μείωναν την πλευρική ώθηση. Ειδικότερα τον 14ο αιώνα η κατασκευή γεφυρών έφτασε σε νέα ύψη. Ανοίγματα έως και 40 μέτρα (130 πόδια) ήταν προηγουμένως ανήκουστο στην κατασκευή τοξωτών γεφυρών από τοιχοποιία.

Τον 19ο αιώνα ο χάλυβας έγινε φθηνότερος και επέτρεψε ακόμη μεγαλύτερες γέφυρες. Οι γέφυρες με δεμένα τόξα έγιναν κοινός τόπος, επειδή δεν χρειάζονται τόσο μεγάλα και ακριβά θεμέλια. Ορισμένες στα τέλη του 20ού αιώνα κατασκευάστηκαν πάνω από 500 μέτρα (1.600 πόδια).

Πλεονεκτήματα των απλών υλικών

Η πέτρα, το τούβλο και άλλα παρόμοια υλικά είναι ισχυρά σε συμπίεση. Είναι αρκετά ισχυρά σε διάτμηση. Αλλά δεν μπορούν να αντισταθούν σε μεγάλη δύναμη σε εφελκυσμό. Ως αποτέλεσμα, οι τοξωτές γέφυρες από τοιχοποιία σχεδιάζονται έτσι ώστε να βρίσκονται συνεχώς υπό συμπίεση. Κάθε τόξο κατασκευάζεται πάνω από ένα προσωρινό πλαίσιο ψευδοκατασκευής, γνωστό ως κεντράρισμα. Στις πρώτες τοξωτές γέφυρες συμπίεσης, ένας ακρογωνιαίος λίθος στη μέση της γέφυρας σήκωνε το βάρος της υπόλοιπης γέφυρας. Όσο περισσότερο βάρος επιβάρυνε τη γέφυρα, τόσο ισχυρότερη γινόταν η δομή της. Οι τοξωτές γέφυρες από τοιχοποιία χρησιμοποιούν υλικό πλήρωσης (συνήθως συμπιεσμένα μπάζα) πάνω από το τόξο, προκειμένου να αυξηθεί αυτό το νεκρό βάρος στη γέφυρα. Αυτό αποτρέπει επίσης την εμφάνιση τάσεων στον δακτύλιο της καμάρας καθώς τα φορτία κινούνται κατά μήκος της γέφυρας. Χρησιμοποιήθηκε επίσης άοπλο σκυρόδεμα. Όταν χρησιμοποιείται τοιχοποιία (κομμένη πέτρα), οι γωνίες των όψεων κόβονται για να ελαχιστοποιηθούν οι διατμητικές δυνάμεις. Όταν χρησιμοποιείται τυχαία τοιχοποιία (άκοπες και μη προετοιμασμένες πέτρες), αυτές κονιάζονται μεταξύ τους. Το κονίαμα αφήνεται να στερεοποιηθεί πριν από την αφαίρεση της ψευδοκατασκευής.

Ακολουθία κατασκευής

• Όταν οι καμάρες τοποθετούνται στην κοίτη ενός υδατορεύματος (σε προβλήτες ή όχθες), το νερό εκτρέπεται. Αυτό γίνεται για να μπορέσει πρώτα να εκσκαφεί το χαλίκι και να αντικατασταθεί με ένα καλό υπόβαθρο (από ισχυρό υλικό). Από αυτά, οι πυλώνες θεμελίωσης ανεγείρονται ή ανυψώνονται στο ύψος της προβλεπόμενης βάσης των τόξων. Αυτό το σημείο είναι γνωστό ως ελατήριο.
• Κατασκευάζεται, συνήθως από ξυλεία, το κεντράρισμα ψευδοκατασκευής (στα βρετανικά αγγλικά: arch frame). Κάθε τόξο μιας γέφυρας πολλαπλών τόξων θα δημιουργήσει μια ώθηση πάνω στα τόξα που βρίσκονται δίπλα της. Για το λόγο αυτό είναι απαραίτητο είτε να ανυψώνονται ταυτόχρονα όλα τα τόξα της γέφυρας είτε να χρησιμοποιούνται πολύ φαρδιά βάθρα. Η ώθηση από τα ακραία τόξα αναλαμβάνεται στη γη από σημαντικές (κάθετες) βάσεις στα τοιχώματα του φαραγγιού.
• Τα διάφορα τόξα (ή το ενιαίο τόξο) κατασκευάζονται πάνω από το κεντράρισμα. Αφού κατασκευαστεί κάθε βασική αψίδα. Τα τόξα σταθεροποιούνται (ή το τόξο σταθεροποιείται) με τοιχοποιία πλήρωσης. Αυτές μπορεί να τοποθετούνται σε οριζόντιες στρώσεις (στρώματα) τρέχοντος δεσμού. Μπορεί να σχηματίζουν δύο εξωτερικούς τοίχους, γνωστούς ως spandrels, οι οποίοι στη συνέχεια γεμίζονται με κατάλληλο χαλαρό υλικό και μπάζα.
• Ο δρόμος είναι ασφαλτοστρωμένος και τα στηθαία κατευθύνουν την κυκλοφορία προς τη γέφυρα.