سنگ، چوب، بتن و فولاد، چهار ماده مرسوم مورد استفاده در ساخت پل هستند. چوب و سنگ از اولین مواد به کار رفته در ساخت پل محسوب می‌شوند. مهمترین دلیل استفاده از این مواد در زمان‌های قدیم، دسترسی آسان به آن‌ها در طبیعت بود. بعدها از آجر به عنوان یک ماده فرعی برای ساخت پل‌های سنگی استفاده شد. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی ساخت پل، گزینه‌های بیشتری پیش روی طراحان قرار گرفت.
بتن و فولاد از مواد مصنوعی ساخته شده توسط انسان هستند. استفاده از این مواد مصنوعی در ساخت پل، به عنوان دومین دوره در مهندسی پل و شروع تکنولوژی جدید پل‌سازی در نظر گرفته می‌شود. امروزه علاوه بر بتن و فولاد، ساخت پل‌های جدید با استفاده از ترکیب مواد مختلف یا مواد ترکیبی صورت می‌گیرد. در ادامه، مواد مورد استفاده در ساخت پل‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
سنگ
سنگ، یکی از اولین موادی به شمار می‌رود که برای ساخت پل مورد استفاده قرار گرفته است. در طول تاریخ، این ماده تنها به شکل قوسی در ساخت پل به کار رفته است؛ چراکه سازه‌های قوسی مقاومت فشاری بالاتری را تحمل می‌کنند. استفاده از سنگ، امکان ساخت پل‌های زیبا و بادوام را برای مهندسان فراهم کرد. دوام بالا و نیاز به تعمیر و نگهداری کم باعث اثبات کارآمدی و صرفه اقتصادی پل‌های سنگی در دوره‌های مختلف شد.
چوب
در گذشته، مواد چوبی کاربرد بسیار گسترده‌ای در ساخت پل‌ها داشتند. در آن دوران، از چوب برای ساخت پل‌های کوچک (پیاده‌روها) با ظرفیت باربری پایین استفاده می‌شد. از مزایای چوب می‌توان به سختی بالا، دسترسی آسان، هزینه پایین، سبکی و سازگاری با محیط زیست اشاره کرد.
معایبی نظیر تنوع بسیار زیاد (خواص متفاوت)، آسیب‌پذیری در برابر حشرات (موریانه، سوسک، کرم و غیره)، احتمال پوسیدگی، ضعف در برابر دماهای بالا و مقاومت کششی پایین باعث کاربرد محدود چوب در ساخت پل‌های امروزی شده است. امروزه از چوب‌های ورقه‌ای در تیر و قوس پل‌ها استفاده می‌شود.
فولاد
شروع استفاده از فلزات در ساخت پل‌ها به دوران انقلاب صنعتی بازمی‌گردد. در آن زمان از آهن یا چدن در ساخت پل‌ها استفاده می‌شد. آهن و چدن دارای مقاومت فشاری بالا و مقاومت کششی پایین هستند. مقاومت کششی پایین این مواد منجر به ساخت آلیاژی از آهن، کربن و دیگر فلزات شد که به آن فولاد گفته می‌شود. فولاد مقاومت فشاری و کششی بالایی نسبت به مواد دیگر دارد. این موضوع، استفاده از آن را برای ساخت پل مناسب می‌کند.
فولاد مورد استفاده در ساخت و سازهای معمولی، 10 برابر مقاوم‌تر از بتن است. شکل پذیری فولاد، مهمترین ویژگی ذاتی آن برای ساخت پل‌ها به شمار می‌رود. این ویژگی مهم باعث می‌شود که پیش از شکست کامل، مقداری تغییرشکل در سازه رخ دهد. خواص فولاد، به ترکیب شیمیایی و روش ساخت آن بستگی دارد. موارد زیر مهمترین خواص فولاد هستند که برای ساخت پل در نظر گرفته می‌شوند:
- مقاومت
- سختی (چقرمگی)
- شکلپذیری
- دوام
- قابلیت جوش پذیری
منظور از مقاومت فولاد، مقاومت کششی و مقاومت تسلیم آن است. به دلیل طراحی اکثر سازه های فولادی برای عملکرد در شرایط الاستیک، دانستن مقاومت تسلیم اهمیت بالایی پیدا می‌کند. مقدار این مقاومت معمولا در دستورالعمل‌های طراحی آورده می‌شود. شکلپذیری فولاد برای طراحی اتصالات و نحوه توزیع تنش در مراحل نهایی شکست اهمیت دارد. علاوه بر این موارد، مقاومت فولاد در برابر هوازدگی نیز در حین طراحی مد نظر قرار داده می‌شود.
بتن
بتن، ماده اصلی به کار رفته در ساخت اکثر پل‌های جدید است. این ماده با وجود بهره‌مندی از مقاومت فشاری بالا، مقاومت کششی پایینی دارد. البته مشکل پایین بودن مقاومت کششی بتن با ظهور سازه‌های بتن مسلح کاملا برطرف شده است. مدول الاستیسیته بتن در تنش‌های پایین به سمت مقادیر ثابت میل می‌کند. این مسئله می‌تواند زمینه‌ساز تشکیل و گسترش ترک در سازه‌های بتنی شود. انبساط حرارتی، آب‌رفتگی و خزش در تنش‌های بالا از دیگر مسائلی که امکان رخ دادن آن‌ها در سازه‌های بتنی وجود دارد.
رفتار مکانیکی بتن بر اساس مقاومت فشاری آن مشخص می‌شود. معمولا بتن مسلح یا پیش تنیده در ساخت پل مورد استفاده قرار می‌گیرد. آرماتورهای موجود در این نوع بتن، ویژگی شکلپذیری سازه را افزایش می‌دهند. علاوه بر این، امروزه استفاده از این آرماتورها به عنوان الزامی برای مقاومت پل در برابر زلزله در نظر گرفته می‌شود. در مجموع، بتن پیش تنیده نسبت به بتن مسلح کاربرد و رواج بیشتری برای ساخت پل دارد؛ چراکه بتن پیش تنیده، معایب عمده بتن مسلح نظیر محدودیت در مقاومت، سنگینی سازه و دشوار بودن ساخت و ساز را برطرف کرده است.
کامپوزیت
مواد کامپوزیتی به عنوان یک گزینه مناسب برای ساخت پل‌های جدید و همچنین ترمیم پل‌های قدیمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، فیبرهای پلیمری تقویت‌شده دارای وزن کم، دوام بالا، مقاومت خوب و شکلپذیری مناسب هستند. مواد کامپوزیتی علاوه بر داشتن مزیت‌های مواد دیگر، معایب آن‌ها را نیز برطرف کرده‌اند.
