エンジニアたちはレオナルド・ダ・ヴィンチの橋の設計をテストした

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西暦 1502 年、スルタン バヤジト 2 世は、イスタンブールと隣の都市ガラタを結ぶ橋の設計を求めて、ルネサンス期に相当する政府の RFP (提案依頼書) を送りました。 すでに有名な芸術家であり発明家であるレオナルド・ダ・ヴィンチは、斬新な橋のデザインを思いつき、スルタンへの手紙で説明し、ノートに小さな絵を描きました。

彼はその仕事に就けなかった。 しかし、彼の死後 500 年が経ち、当時世界最長だったであろう橋の設計は MIT の研究者らの興味をそそり、レオナルドのコンセプトがどれほど考え抜かれているのか、そしてそれが本当にうまくいくのか疑問に思った。

ネタバレ注意: レオナルドは自分が何をしているのか知っていました。

この疑問を研究するために、最近大学院生のカーリー・バスト・メン '19 は、建築および土木・環境工学のジョン・オクセンドルフ教授と学部生のミシェル・シーと協力して、入手可能な文書、利用可能な材料、建設方法を分析することでこの問題に取り組みました。当時のこと、そして金角湾と呼ばれる川の河口だった候補地の地質条件。 最終的に、チームは詳細な縮尺モデルを構築し、構造物が耐えて重量を支える能力、さらには基礎の沈下に耐える能力をテストしました。

この研究結果は、今週バルセロナで開催された国際シェル・空間構造協会の会議で発表された。 彼らはまた、今月下旬にマサチューセッツ州ケンブリッジにあるドレイパーでの講演や、11月13日に放送予定のPBS番組NOVAのエピソードでも取り上げられる予定だ。

平らになったアーチ

レオナルドの時代、ほとんどの石積みの橋の支柱は従来の半円形のアーチの形で作られており、これほど長い橋を支えるにはスパンに沿って 10 本以上の橋脚が必要でした。 レオナルドの橋のコンセプトは劇的に異なっていました。彼のスケッチに示されているように、帆船がマストを立てて下を通過できるほどの高さの平らなアーチでありながら、単一の巨大なアーチで広いスパンを横断するものでした。

この橋が建設されていれば長さは約 280 メートルとなり（メートル法がまだ数世紀遅れていたため、レオナルド自身は別の測定法を使用していましたが）、当時世界最長の橋でした。 「これは信じられないほど野心的なことです」とバスト氏は言う。 「当時の一般的な橋の約10倍の長さでした。」

この設計には、横方向の動きに対してスパンを安定させる珍しい方法も採用されていました。これは、何世紀にもわたって多くの橋の崩壊を引き起こしてきました。 それに対抗するために、レオナルドは、立っている地下鉄の乗客が揺れる車の中でバランスを取るためにスタンスを広げるように、両側が外側に広がるアバットメントを提案しました。

レオナルドは、ノートとスルタンに宛てた手紙の中で、使用される材料や建設方法についての詳細を明らかにしていませんでした。 バストとチームは当時入手可能な材料を分析し、木やレンガではこれほど長いスパンの荷重を支えることができなかったため、橋は石でしか作られなかったと結論付けました。 そして彼らは、ローマ人によって建設されたような古典的な石積みの橋と同様に、橋は重力の下で自立し、石を固定する留め具やモルタルなしで立つことができると結論付けました。

それを証明するには、モデルを構築し、その安定性を実証する必要がありました。 そのためには、複雑な形状を最終構造に組み立てられる個々のブロックにスライスする方法を理解する必要がありました。 実物大の橋は数千個の石ブロックで構成されるはずですが、模型では 126 個のブロックを使用する設計を決定し、1 ～ 500 の縮尺で建設されました (長さは約 32 インチになります)。 次に、個々のブロックが 3D プリンターで作成され、1 つのブロックの製造に約 6 時間かかりました。