Ti sei mai chiesto perché i ponti hanno così tante forme diverse? Dalle antiche arcate romane ai moderni ponti sospesi, ogni progetto è radicato in precisi principi ingegneristici. Oggi, esploriamo l'affascinante mondo dei ponti ad arco, in particolare come costruirne uno sorprendentemente resistente usando solo spaghetti.

L'ispirazione: dai ponti di Tokyo agli esperimenti in cucina

Questa indagine è iniziata con un esperimento televisivo che testava modelli di ponti di spaghetti. Successivamente, durante un viaggio a Tokyo, i design eleganti di ponti come il ponte Kachidoki, il ponte Nihonbashi e il ponte Hijiri, ognuno con archi posizionati sopra o sotto la carreggiata, hanno suscitato una curiosità più profonda sulla meccanica strutturale.

Obiettivi della ricerca: alla ricerca dell'arco più resistente

La nostra missione era duplice:

1. La curvatura conta: Quale forma ad arco sopporta più peso?
2. La posizione è fondamentale: I ponti "deck arch" (archi sopra la strada) o i ponti "through arch" (archi sotto) sono strutturalmente superiori?

Metodologia: lo stress test degli spaghetti

Utilizzando modelli di spaghetti standardizzati (diametro 2,1 mm, lunghezza 24,8 cm), abbiamo costruito otto tipi di ponti:

• Posizioni degli archi: Deck arch contro through arch
• Curvature: Archi a 90° (1/4 di cerchio), 120° (1/3 di cerchio), 150° (5/12 di cerchio) e 180° (1/2 di cerchio)

Ogni ponte presentava tre travi principali e nove traverse. Il peso è stato applicato centralmente tramite bottiglie piene d'acqua fino al cedimento strutturale.

Risultati sorprendenti: lo sweet spot a 150°

Dopo che le prove iniziali hanno rivelato difetti negli archi deck a 180° e 120°, i test raffinati hanno mostrato:

In particolare, gli archi a 150° hanno superato tutti gli altri in entrambe le configurazioni. Gli archi through hanno costantemente dimostrato una maggiore resistenza, probabilmente a causa di una distribuzione delle forze superiore.

Perché 150°? La connessione ad angolo di 60°

Un'ulteriore analisi ha rivelato che gli archi a 150° creano angoli di ~60° alle loro basi, lo stesso angolo che si trova nei ponti a traliccio ultra stabili. I test supplementari con tubi di cartone hanno confermato:

Approfondimenti ingegneristici

Gli archi through eccellono convertendo i carichi verticali in forze di compressione lungo l'arco, mentre gli archi deck soffrono di fratture centrali indotte dalla tensione. Il principio dei 60° - manifestato negli archi a 150° - si dimostra universalmente robusto formando stabili distribuzioni di forza triangolari.

Direzioni future

Questo esperimento sottolinea come scelte geometriche sottili influiscano sull'integrità strutturale. La ricerca futura potrebbe esplorare come questi principi si adattano ai ponti in acciaio rinforzato o ai progetti ibridi che combinano più tipi di archi.