Los ingenieros ponen a prueba el diseño del puente de Leonardo da Vinci

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En 1502 d.C., el sultán Bayezid II envió el equivalente renacentista de una RFP (solicitud de propuestas) gubernamental, en busca de un diseño para un puente que conectara Estambul con su ciudad vecina, Gálata. Leonardo da Vinci, ya un conocido artista e inventor, ideó un novedoso diseño de puente que describió en una carta al sultán y esbozó un pequeño dibujo en su cuaderno.

No consiguió el trabajo. Pero 500 años después de su muerte, el diseño de lo que habría sido el puente más largo del mundo de su época intrigó a los investigadores del MIT, quienes se preguntaron qué tan bien pensado era el concepto de Leonardo y si realmente habría funcionado.

Alerta de spoiler: Leonardo sabía lo que estaba haciendo.

Para estudiar la cuestión, la estudiante recién graduada Karly Bast MEng '19, en colaboración con el profesor de arquitectura e ingeniería civil y ambiental John Ochsendorf y la estudiante universitaria Michelle Xie, abordó el problema analizando los documentos disponibles, los posibles materiales y los métodos de construcción disponibles. en ese momento, y las condiciones geológicas en el sitio propuesto, que era el estuario de un río llamado Cuerno de Oro. Finalmente, el equipo construyó un modelo a escala detallado para probar la capacidad de la estructura para sostenerse y soportar peso, e incluso para resistir el asentamiento de sus cimientos.

Los resultados del estudio se presentaron en Barcelona esta semana en la conferencia de la Asociación Internacional de Estructuras Espaciales y Shell. También aparecerán en una charla en Draper en Cambridge, Massachusetts, a finales de este mes y en un episodio del programa NOVA de PBS, que se emitirá el 13 de noviembre.

Un arco aplanado

En la época de Leonardo, la mayoría de los soportes de puentes de mampostería se hacían en forma de arcos semicirculares convencionales, lo que habría requerido 10 o más pilares a lo largo del tramo para sostener un puente tan largo. El concepto de puente de Leonardo era dramáticamente diferente: un arco aplanado que sería lo suficientemente alto como para permitir que un velero pasara por debajo con su mástil en su lugar, como se ilustra en su boceto, pero que cruzaría el amplio tramo con un único arco enorme.

El puente habría tenido unos 280 metros de largo (aunque el propio Leonardo estaba usando un sistema de medición diferente, ya que el sistema métrico aún faltaba algunos siglos), lo que lo convertiría en el tramo más largo del mundo en ese momento, si se hubiera construido. "Es increíblemente ambicioso", dice Bast. "Era aproximadamente 10 veces más largo que los puentes típicos de esa época".

El diseño también presentaba una forma inusual de estabilizar el tramo contra movimientos laterales, algo que ha provocado el colapso de muchos puentes a lo largo de los siglos. Para combatir eso, Leonardo propuso pilares que se extendían hacia afuera a ambos lados, como un pasajero de metro de pie que amplia su postura para mantener el equilibrio en un vagón que se balancea.

En sus cuadernos y carta al sultán, Leonardo no proporcionó detalles sobre los materiales que se utilizarían ni el método de construcción. Bast y el equipo analizaron los materiales disponibles en ese momento y concluyeron que el puente sólo podía estar hecho de piedra, porque la madera o el ladrillo no podrían haber soportado las cargas de una luz tan larga. Y llegaron a la conclusión de que, como en los puentes de mampostería clásicos como los construidos por los romanos, el puente se mantendría por sí solo bajo la fuerza de la gravedad, sin ningún elemento de sujeción ni mortero que mantuviera unida la piedra.

Para demostrarlo, tuvieron que construir un modelo y demostrar su estabilidad. Eso requirió descubrir cómo dividir la forma compleja en bloques individuales que pudieran ensamblarse en la estructura final. Si bien el puente a escala real estaría formado por miles de bloques de piedra, se decidieron por un diseño con 126 bloques para su modelo, que se construyó en una escala de 1 a 500 (lo que lo hace de aproximadamente 32 pulgadas de largo). Luego, los bloques individuales se fabricaron en una impresora 3D, y su producción tomó aproximadamente seis horas por bloque.

"Llevó mucho tiempo, pero la impresión 3D nos permitió recrear con precisión esta geometría tan compleja", dice Bast.

Probando la viabilidad del diseño.

Este no es el primer intento de reproducir en forma física el diseño básico del puente de Leonardo. Otros, incluido un puente peatonal en Noruega, se inspiraron en su diseño, pero en ese caso se utilizaron materiales modernos (acero y hormigón), por lo que la construcción no proporcionó información sobre la practicidad de la ingeniería de Leonardo.

"Esa no fue una prueba para ver si su diseño funcionaría con la tecnología de su época", dice Bast. Pero debido a la naturaleza de la mampostería sostenida por gravedad, el fiel modelo a escala, aunque hecho de un material diferente, proporcionaría tal prueba.

"Todo se mantiene unido únicamente mediante compresión", dice. "Queríamos mostrar realmente que todas las fuerzas se transfieren dentro de la estructura", lo cual es clave para garantizar que el puente se mantenga sólido y no se caiga.

Al igual que con la construcción real de puentes de arco de mampostería, las “piedras” estaban sostenidas por una estructura de andamio a medida que se ensamblaban, y solo después de que estuvieran todas en su lugar se podía quitar el andamio para permitir que la estructura se sostuviera por sí misma. Luego llegó el momento de insertar la pieza final en la estructura, la piedra clave en la parte superior del arco.

“Cuando lo colocamos, tuvimos que apretarlo. Ese fue el momento crítico cuando armamos el puente por primera vez. Tenía muchas dudas” sobre si todo funcionaría, recuerda Bast. Pero “cuando puse la piedra angular, pensé: 'esto va a funcionar'. Y después de eso, quitamos el andamio y se mantuvo en pie”.

"Es el poder de la geometría" lo que hace que funcione, dice. “Este es un concepto fuerte. Fue bien pensado”. Consigue otra victoria para Leonardo.

“¿Este boceto fue hecho a mano alzada, algo que hizo en 50 segundos, o es algo en lo que realmente se sentó y pensó profundamente? Es difícil saberlo” a partir del material histórico disponible, afirma. Pero demostrar la efectividad del diseño sugiere que Leonardo realmente lo elaboró ​​cuidadosa y cuidadosamente, dice. "Sabía cómo funciona el mundo físico".

Al parecer, también entendió que la región era propensa a los terremotos e incorporó características como los cimientos extendidos que proporcionarían estabilidad adicional. Para probar la resistencia de la estructura, Bast y Xie construyeron el puente sobre dos plataformas móviles y luego alejaron una de la otra para simular los movimientos de los cimientos que podrían resultar de un suelo débil. El puente mostró resiliencia al movimiento horizontal, deformándose sólo ligeramente hasta estirarse hasta el punto de colapso total.

Es posible que el diseño no tenga implicaciones prácticas para los diseñadores de puentes modernos, afirma Bast, ya que los materiales y métodos actuales ofrecen muchas más opciones para diseños más ligeros y resistentes. Pero la prueba de la viabilidad de este diseño arroja más luz sobre qué proyectos de construcción ambiciosos podrían haber sido posibles utilizando sólo los materiales y métodos del Renacimiento temprano. Y una vez más subraya la brillantez de uno de los inventores más prolíficos del mundo.

También demuestra, dice Bast, que "no necesariamente se necesita tecnología sofisticada para generar las mejores ideas".

Una nueva investigación realizada por ingenieros del MIT sugiere que un diseño de puente desarrollado por Leonardo da Vinci para atravesar la vía fluvial del Cuerno de Oro habría sido estructuralmente estable, escribe David Bressan para Forbes. "El equipo simuló movimientos en los cimientos del puente como los que se experimentan durante un terremoto real", explica Bressan. El modelo "se deformó sólo ligeramente, lo que demuestra la estabilidad del diseño".

La reportera de CNN Ashley Strickland escribe que los investigadores del MIT construyeron un modelo a escala para probar la estabilidad del diseño de Leonardo da Vinci para un puente que atravesaría las ciudades de Gálata y Estambul. "Lo que podemos aprender del diseño de Leonardo da Vinci es que la forma de una estructura es muy importante para su estabilidad", explica Karly Bast, exalumna del MIT.

Los investigadores del MIT desarrollaron un modelo tridimensional de un puente diseñado por Leonardo da Vinci y descubrieron que “no sólo funcionó, sino que también habría revolucionado el diseño de puentes hace cinco siglos”, informa Andrew Liszewski para Gizmodo.

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