Em 1502 d.C., O sultão Bayezid II enviou o equivalente do Renascimento a uma RFP do governo (solicitação de propostas), buscando um projeto para uma ponte para conectar Istambul com sua cidade vizinha de Galata. Leonardo da Vinci, já um conhecido artista e inventor, criou um novo projeto de ponte que ele descreveu em uma carta ao sultão e fez um pequeno desenho em seu caderno.

Ele não conseguiu o emprego. Mas 500 anos após sua morte, o projeto do que teria sido a maior ponte do mundo em seu tempo intrigou os pesquisadores do MIT, que se perguntou como era o conceito de Leonardo refletido e se realmente teria funcionado.

Alerta de spoiler:Leonardo sabia o que estava fazendo.

Para estudar a questão, recente estudante de graduação Karly Bast MEng '19, trabalhando com o professor de arquitetura e de engenharia civil e ambiental John Ochsendorf e a graduanda Michelle Xie, resolveu o problema analisando os documentos disponíveis, os possíveis materiais e métodos de construção disponíveis na época, e as condições geológicas no local proposto, que era um estuário de rio chamado Chifre de Ouro. Em última análise, a equipe construiu um modelo em escala detalhado para testar a capacidade da estrutura de ficar de pé e suportar peso, e até mesmo para resistir ao assentamento de seus alicerces.

Os resultados do estudo foram apresentados em Barcelona esta semana na conferência da International Association for Shell and Spatial Structures. Eles também serão apresentados em uma palestra na Draper em Cambridge, Massachusetts, no final deste mês e em um episódio do programa NOVA da PBS, programado para ir ao ar em 13 de novembro.

Um arco achatado

No tempo de Leonardo, a maioria dos suportes de ponte de alvenaria foram feitos na forma de arcos semicirculares convencionais, o que teria exigido 10 ou mais pilares ao longo do vão para suportar uma ponte tão longa. O conceito de ponte de Leonardo era dramaticamente diferente - um arco achatado que seria alto o suficiente para permitir que um veleiro passasse por baixo com o mastro no lugar, conforme ilustrado em seu esboço, mas isso cruzaria o amplo vão com um único arco enorme.

A ponte teria cerca de 280 metros de comprimento (embora o próprio Leonardo estivesse usando um sistema de medição diferente, uma vez que o sistema métrico ainda estava a alguns séculos), tornando-se o período mais longo do mundo naquela época, se tivesse sido construído. "É incrivelmente ambicioso, "Bast diz." Era cerca de 10 vezes mais longo do que as pontes típicas da época. "

O projeto também apresentava uma maneira incomum de estabilizar o vão contra movimentos laterais - algo que resultou no colapso de muitas pontes ao longo dos séculos. Para combater isso, Leonardo propôs abutments que se estendiam para fora em ambos os lados, como um passageiro de metrô em pé ampliando sua postura para se equilibrar em um carro balançando.

Em seus cadernos e carta ao Sultão, Leonardo não forneceu detalhes sobre os materiais que seriam usados ​​ou o método de construção. Bast e a equipe analisaram os materiais disponíveis na época e concluíram que a ponte só poderia ter sido feita de pedra, porque a madeira ou o tijolo não poderiam suportar as cargas de um período tão longo. E eles concluíram que, como nas pontes de alvenaria clássicas, como as construídas pelos romanos, a ponte ficaria por conta própria sob a força da gravidade, sem quaisquer fixadores ou argamassa para manter a pedra unida.

Para provar isso, eles tiveram que construir um modelo e demonstrar sua estabilidade. Isso exigia descobrir como fatiar a forma complexa em blocos individuais que poderiam ser montados na estrutura final. Embora a ponte em tamanho real fosse feita de milhares de blocos de pedra, eles decidiram por um projeto com 126 blocos para seu modelo, que foi construído em uma escala de 1 a 500 (tornando-se cerca de 32 polegadas de comprimento). Em seguida, os blocos individuais foram feitos em uma impressora 3-D, levando cerca de seis horas por bloco para produzir.

"Era demorado, mas a impressão 3D nos permitiu recriar com precisão essa geometria muito complexa, "Bast disse.

Testando a viabilidade do projeto

Esta não é a primeira tentativa de reproduzir o projeto básico da ponte de Leonardo na forma física. Outros, incluindo uma ponte para pedestres na Noruega, foram inspirados por seu design, mas, nesse caso, foram usados ​​materiais modernos - aço e concreto - de modo que a construção não forneceu informações sobre a praticidade da engenharia de Leonardo.

"Aquilo não foi um teste para ver se seu design funcionaria com a tecnologia de sua época, "Bast diz. Mas por causa da natureza da alvenaria suportada pela gravidade, o modelo em escala fiel, embora feito de um material diferente, forneceria tal teste.

"Tudo se mantém unido apenas por compressão, "ela diz." Queríamos realmente mostrar que todas as forças estão sendo transferidas dentro da estrutura, "que é a chave para garantir que a ponte permaneça firme e não tombe.

Tal como acontece com a construção real de pontes em arco de alvenaria, as "pedras" eram sustentadas por uma estrutura de andaimes à medida que eram montadas, e somente depois que todos estivessem no lugar o andaime poderia ser removido para permitir que a estrutura se sustentasse. Então chegou a hora de inserir a peça final na estrutura, a pedra angular no topo do arco.

"Quando o colocamos, tivemos que espremê-lo. Esse foi o momento crítico quando montamos a ponte pela primeira vez. Eu tinha muitas dúvidas "se tudo funcionaria, Bast lembra. Mas "quando coloco a pedra angular, Eu pensei, 'isso vai funcionar.' E depois disso, tiramos o andaime, e ele se levantou. "

"É o poder da geometria" que o faz funcionar, ela diz. "Este é um conceito forte. Foi bem pensado." Marque outra vitória para Leonardo.

"Este esboço foi apenas feito à mão livre, algo que ele fez em 50 segundos, ou é algo que ele realmente se sentou e pensou profundamente? É difícil saber "a partir do material histórico disponível, ela diz. Mas provar a eficácia do design sugere que Leonardo realmente o trabalhou com cuidado e consideração, ela diz. "Ele sabia como funciona o mundo físico."

Ele também aparentemente entendeu que a região era propensa a terremotos, e recursos incorporados, como as sapatas de propagação que forneceriam estabilidade extra. Para testar a resiliência da estrutura, Bast e Xie construíram a ponte em duas plataformas móveis e, em seguida, afastaram-se uma da outra para simular os movimentos de fundação que podem resultar do solo fraco. A ponte mostrou resiliência ao movimento horizontal, apenas deformando levemente até ser esticado até o ponto de colapso total.

O projeto pode não ter implicações práticas para os projetistas de pontes modernas, Bast disse, uma vez que os materiais e métodos de hoje oferecem muito mais opções para produtos mais leves, designs mais fortes. Mas a prova da viabilidade desse projeto lança mais luz sobre quais projetos de construção ambiciosos poderiam ter sido possíveis usando apenas os materiais e métodos do início da Renascença. E mais uma vez ressalta o brilho de um dos inventores mais prolíficos do mundo.

Ele também demonstra, Bast disse, que "você não precisa necessariamente de uma tecnologia sofisticada para ter as melhores idéias".

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.