Gli ingegneri mettono alla prova il progetto del ponte di Leonardo da Vinci

Gli ingegneri mettono alla prova il progetto del ponte Leonardo da Vinci
Disegno originale di Leonardo da Vinci檚 della proposta del ponte, che mostra una vista in pianta in alto e una vista laterale (elevazione) in basso, inclusa una barca a vela che passa sotto il ponte, insieme ai disegni che gli studenti Bast e Michelle Xie hanno prodotto per mostrare come la struttura potrebbe essere suddiviso in 126 singoli blocchi che sono stati stampati in 3D per costruire un modello in scala. Credito: Karly Bast e Michelle Xie

Nel 1502 d.C., il sultano Bayezid II inviò l’equivalente rinascimentale di una RFP (richiesta di proposte) governativa, alla ricerca di un progetto per un ponte che collegasse Istanbul con la vicina città di Galata. Leonardo da Vinci, già noto artista e inventore, elaborò un nuovo progetto di ponte che descrisse in una lettera al Sultano e abbozzò in un piccolo disegno sul suo taccuino.

Non ha ottenuto il lavoro. Ma 500 anni dopo la sua morte, il progetto per quello che sarebbe stato il ponte più lungo del mondo del suo tempo ha incuriosito i ricercatori del MIT, che si sono chiesti quanto fosse ingegnoso il concetto di Leonardo e se avrebbe funzionato davvero.

Avviso spoiler: Leonardo sapeva cosa stava facendo.

Per studiare la questione, la neolaureata Karly Bast MEng ’19, in collaborazione con il professore di architettura e di ingegneria civile e ambientale John Ochsendorf e la laureanda Michelle Xie, ha affrontato il problema analizzando i documenti disponibili, i possibili materiali e metodi di costruzione disponibili all’epoca e le condizioni geologiche del sito proposto, che era un estuario del fiume chiamato Corno d’Oro. Alla fine, il team ha costruito un modello in scala dettagliato per testare la capacità della struttura di reggere e sostenere il peso e persino di resistere all’assestamento delle sue fondamenta.

I risultati dello studio sono stati presentati a Barcellona questa settimana alla conferenza dell’Associazione Internazionale per le strutture Shell e Spatial. Saranno anche presenti in un discorso al Draper di Cambridge, nel Massachusetts, alla fine di questo mese e in un episodio del programma PBS NOVA, che andrà in onda il 13 novembre.

Un arco appiattito

Al tempo di Leonardo, la maggior parte dei supporti per ponti in muratura erano realizzati sotto forma di archi semicircolari convenzionali, che avrebbero richiesto 10 o più piloni lungo la campata per sostenere un ponte così lungo. Il concetto di ponte di Leonardo era drammaticamente diverso: arco appiattito che sarebbe stato abbastanza alto da consentire a una barca a vela di passare sotto con il suo albero in posizione, come illustrato nel suo schizzo, ma che avrebbe attraversato l’ampia campata con un unico enorme arco.

Il ponte sarebbe stato lungo circa 280 metri (sebbene lo stesso Leonardo stesse utilizzando un sistema di misurazione diverso, poiché il sistema metrico era ancora di alcuni secoli indietro), il che lo rendeva la campata più lunga del mondo a quel tempo, se fosse stato costruito. “È incredibilmente ambizioso”, afferma Bast. “Era circa 10 volte più lungo dei tipici ponti di quel tempo”.

Il progetto presentava anche un modo insolito di stabilizzare la campata contro i movimenti laterali, cosa che ha provocato il crollo di molti ponti nel corso dei secoli. Per combattere ciò, Leonardo ha proposto pilastri che si allargano verso l’esterno su entrambi i lati, come un passeggero in piedi della metropolitana che allarga la sua posizione per bilanciare in un’auto ondeggiante.

Nei suoi taccuini e nella lettera al Sultano, Leonardo non ha fornito dettagli sui materiali che sarebbero stati utilizzati o sul metodo di costruzione. Bast e il team hanno analizzato i materiali disponibili all’epoca e hanno concluso che il ponte avrebbe potuto essere fatto solo di pietra, perché legno o mattoni non avrebbero potuto sostenere i carichi di una campata così lunga. E conclusero che, come nei classici ponti in muratura come quelli costruiti dai romani, il ponte sarebbe rimasto in piedi da solo sotto la forza di gravità, senza alcun elemento di fissaggio o malta per tenere insieme la pietra.

Per dimostrarlo, hanno dovuto costruire un modello e dimostrarne la stabilità. Ciò ha richiesto di capire come suddividere la forma complessa in singoli blocchi che potevano essere assemblati nella struttura finale. Mentre il ponte a grandezza naturale sarebbe stato composto da migliaia di blocchi di pietra, hanno deciso un progetto con 126 blocchi per il loro modello, che è stato costruito su una scala da 1 a 500 (rendendolo lungo circa 32 pollici). Quindi i singoli blocchi sono stati realizzati su una stampante 3D, impiegando circa sei ore per blocco per la produzione.

“Ci voleva molto tempo, ma la stampa 3D ci ha permesso di ricreare con precisione questa geometria molto complessa”, afferma Bast.

Gli ingegneri mettono alla prova il progetto del ponte Leonardo da Vinci
La studentessa di ingegneria Karly Bast mostra il modello in scala di un ponte progettato da Leonardo da Vinci che lei e i suoi collaboratori hanno utilizzato per dimostrare la fattibilità del progetto. Attestazione: Gretchen Ertl

Testare la fattibilità del progetto

Questo non è il primo tentativo di riprodurre in forma fisica il progetto base del ponte di Leonardo. Altri, tra cui un ponte pedonale in Norvegia, sono stati ispirati dal suo progetto, ma in quel caso sono stati utilizzati materiali moderni (acciaio e cemento), così che la costruzione non ha fornito informazioni sulla praticità dell’ingegneria di Leonardo.

“Non era un test per vedere se il suo design avrebbe funzionato con la tecnologia del suo tempo”, dice Bast. Ma a causa della natura della muratura supportata dalla gravità, il fedele modello in scala, sebbene realizzato con un materiale diverso, fornirebbe un tale test.

“È tutto tenuto insieme solo dalla compressione”, dice. “Volevamo davvero dimostrare che le forze vengono tutte trasferite all’interno della struttura”, il che è fondamentale per garantire che il ponte rimanga solido e non si rovesci.

Come per la vera costruzione del ponte ad arco in muratura, le “pietre” erano supportate da una struttura di impalcatura mentre venivano assemblate, e solo dopo che erano state tutte a posto le impalcature potevano essere rimosse per consentire alla struttura di sostenersi. Poi è arrivato il momento di inserire il pezzo finale nella struttura, la chiave di volta in cima all’arco.

“Quando l’abbiamo inserito, abbiamo dovuto spremerlo. Quello è stato il momento critico in cui abbiamo messo insieme il ponte per la prima volta. Avevo molti dubbi” sul fatto che avrebbe funzionato tutto, ricorda Bast. Ma “quando ho inserito la chiave di volta, ho pensato, ‘questo funzionerà.’ E dopo di ciò, abbiamo tolto l’impalcatura e si è alzata in piedi”.

“È il potere della geometria” che lo fa funzionare, dice. “Questo è un concetto forte. È stato ben pensato.” Segna un’altra vittoria per Leonardo.

“Questo schizzo era solo a mano libera, qualcosa che ha fatto in 50 secondi, o è qualcosa su cui si è davvero seduto e ha riflettuto profondamente? È difficile saperlo” dal materiale storico disponibile, dice. Ma dimostrare l’efficacia del progetto suggerisce che Leonardo l’abbia davvero elaborato con attenzione e attenzione, dice. “Sapeva come funziona il mondo fisico.”

Apparentemente ha anche capito che la regione era soggetta a terremoti e ha incorporato caratteristiche come le fondamenta allargate che avrebbero fornito ulteriore stabilità. Per testare la resilienza della struttura, Bast e Xie hanno costruito il ponte su due piattaforme mobili e poi si sono allontanate l’una dall’altra per simulare i movimenti delle fondamenta che potrebbero derivare da un terreno debole. Il ponte ha mostrato resilienza al movimento orizzontale, deformandosi solo leggermente fino ad essere allungato fino al punto di crollo completo.

Il design potrebbe non avere implicazioni pratiche per i moderni progettisti di ponti, afferma Bast, poiché i materiali e i metodi odierni forniscono molte più opzioni per progetti più leggeri e resistenti. Ma la prova della fattibilità di questo progetto getta più luce su quali ambiziosi progetti costruttivi sarebbero stati possibili utilizzando solo i materiali e i metodi del primo Rinascimento. E sottolinea ancora una volta la genialità di uno degli inventori più prolifici del mondo.

Dimostra anche, dice Bast, che “non hai necessariamente bisogno di una tecnologia fantasiosa per trovare le idee migliori”.


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