Topografia
Le Strade
Generalità
Fin dall'antichità la costruzione di strade è uno dei primi indizi del progresso di una civiltà. A mano a mano che le città si espandevano, infatti, i popoli antichi cominciarono a sentire l'esigenza di comunicare con altre regioni per rifornirsi di generi di prima necessità e dedicarsi al commercio. Fra le prime popolazioni che costruirono strade si annoverano i sumeri, i cinesi (nel I secolo a.C. inaugurarono la Via della Seta, che per circa duemila anni sarebbe rimasta la strada più lunga del mondo) e gli inca, che costruirono una moderna rete stradale transandina, che includeva gallerie scavate nella roccia viva. Gli scritti del geografo greco Strabone, risalenti al I secolo, fanno riferimento a un sistema di strade che si irradiava dall'antica Babilonia, mentre lo storico greco del V secolo a.C. Erodoto descrive le strade costruite dagli egizi per trasportare i materiali usati nella costruzione delle piramidi e degli altri monumenti.
Le più antiche strade tuttora esistenti sono quelle di epoca romana. La costruzione della via Appia iniziò nel 312 a.C., mentre i primi lavori per la via Flaminia risalgono al 220 a.C. Nel periodo della sua massima fioritura, l'impero romano vantava una rete stradale lunga circa 80.000 km, consistente in 29 strade che si irradiavano dalla capitale, Roma, e in una rete di strade che copriva tutte le più importanti province conquistate, compresa la Gran Bretagna. Le strade romane avevano uno spessore che andava dai 90 ai 120 cm, ed erano formate da tre strati di pietre sempre più piccole, amalgamate nella calcina e sovrastate da uno strato di blocchi di pietra sistemati a incastro. Secondo il diritto romano, il transito sulle strade dell'impero era libero, ma la manutenzione del manto stradale spettava agli abitanti della regione attraversata dalla strada. Questo sistema si rivelò efficace nel mantenere le strade in buone condizioni fino a quando ci fu un'autorità centrale forte che faceva rispettare la legge; nel Medioevo, quando venne meno l'autorità rappresentata dall'impero romano, la maggior parte della rete stradale andò in rovina.
Fu solo con l'affermarsi di forti organismi statali che la costruzione e la manutenzione delle strade riprese vigore. Verso la metà del XVII secolo, ad esempio, il governo francese fece costruire ben 24.000 km di strade sfruttando la manodopera locale. All'incirca nello stesso periodo, il Parlamento inglese istituì un sistema basato sulla concessione di appalti per la manutenzione delle strade statali a società private, che in cambio erano autorizzate a imporre il pagamento di un pedaggio a chi vi transitava: tra il 1830 e il 1840 operavano più di mille società di questo tipo, che si occupavano di 32.000 km di strade; successivamente, l'avvento della ferrovia rese tale attività meno redditizia.
All'inizio del XIX secolo due ingegneri britannici, Thomas Telford e John Loudon McAdam, nonché l'ingegnere francese Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet, sperimentarono nuovi metodi di costruzione stradale. Il sistema messo a punto da Telford consisteva nello scavare una fossa al cui centro veniva posto un sottofondo di roccia pesante; in questo modo il manto stradale finito risultava più elevato al centro che ai bordi, e ciò garantiva un efficace scolo dell'acqua piovana. Lo strato superiore del manto stradale era composto da uno strato di pietrisco compattato, alto 15 cm.
Secondo McAdam un efficace sistema di scolo delle acque era indispensabile perché il terreno potesse sopportare carichi pesanti. Nel suo metodo, l'ultimo strato di pietrisco era posto direttamente su un sottofondo di terra, sopraelevato rispetto al terreno circostante, in modo che l'acqua piovana potesse defluire liberamente. Tale sistema, detto macadamizzazione, fu adottato da quasi tutte le imprese di costruzioni stradali dell'epoca, specialmente in Europa, ma non si rivelò tuttavia in grado di reggere carichi pesanti. Per le strade transitate da mezzi pesanti si preferì quindi adottare il sistema di Telford, che assicurava una migliore distribuzione del carico sul suolo sottostante la carreggiata.
Negli Stati Uniti le prime strade furono i sentieri tracciati dai pionieri, come le celebri piste dell'Oregon e di Santa Fe. Negli stati orientali, il primo tentativo su larga scala di miglioramento della rete stradale ebbe inizio immediatamente dopo la guerra d'Indipendenza, con l'istituzione di pedaggi destinati a finanziare le costose riparazioni necessarie. Con l'espansione della ferrovia, nella seconda metà del XIX secolo, lo sviluppo delle strade statali subì un notevole declino. Nello stesso periodo, furono introdotti i mattoni e l'asfalto per la pavimentazione delle strade urbane.
Strade moderne
Le principali variabili prese in considerazione nella moderna ingegneria stradale sono la pendenza del terreno su cui deve essere costruita la strada, la capacità della pavimentazione di sopportare il carico dovuto, il volume di traffico previsto, le caratteristiche del suolo sottostante e la composizione e lo spessore della pavimentazione utilizzata. La pavimentazione stessa può essere o rigida o flessibile. In quest'ultimo caso si impiega una miscela di inerti fini o grossi (pietrisco, ghiaietto e sabbia) impregnata di una sostanza bituminosa ottenuta dall'asfalto o dal petrolio grezzo, oppure dai derivati del catrame. Questa miscela è al tempo stesso abbastanza compatta e plastica da poter assorbire violenti urti e sopportare grossi volumi di traffico. Le pavimentazioni rigide sono costruite con una miscela di cemento portland e inerti fini e grossi. Lo spessore della pavimentazione può andare dai 15 ai 45 cm, in funzione del volume di traffico previsto, e spesso viene utilizzata un'armatura in acciaio per prevenire le incrinature. Sotto la pavimentazione viene introdotta una base di sabbia o di ghiaietto fine che garantisce un maggiore supporto.