¿Alguna vez se ha preguntado por qué los puentes tienen tantas formas diferentes? Desde los antiguos arcos romanos hasta los puentes colgantes modernos, cada diseño se basa en principios de ingeniería precisos.Exploramos el fascinante mundo de los puentes de arco, cómo construir uno sorprendentemente fuerte usando nada más que espagueti.

La inspiración: desde puentes de Tokio hasta experimentos en la cocina

Esta investigación comenzó con un experimento televisado que probó modelos de puentes espagueti.y el puente Hijiri, cada uno con arcos ubicados por encima o por debajo de la carretera, despertaron una curiosidad más profunda sobre la mecánica estructural.

Objetivos de la investigación: Buscar el arco más fuerte

Nuestra misión era doble:

1. La curvatura es importante:¿Qué forma de arco tiene más peso?
2. La posición es clave:¿Son los puentes de "arco de cubierta" (arcos sobre la carretera) o los puentes de "arco a través" (arcos debajo) estructuralmente superiores?

Metodología: La prueba de estrés espagueti

Utilizando modelos estandarizados de espagueti (2,1 mm de diámetro, 24,8 cm de longitud), construimos ocho tipos de puentes:

• Posiciones del arco:Arco de cubierta frente a arco a través
• Las curvas:Arcos de 90° (1/4 círculo), 120° (1/3 círculo), 150° (5/12 círculo) y 180° (1/2 círculo)

Cada puente tenía tres vigas principales y nueve vigas transversales.

Resultados sorprendentes: el punto dulce de 150 grados

Después de que los ensayos iniciales revelaran defectos en los arcos de 180° y 120° de la cubierta, pruebas refinadas mostraron:

En particular,Los arcos de 150° superaron a todos los demásA través de arcos demostró consistentemente una mayor fuerza, probablemente debido a la distribución superior de la fuerza.

¿Por qué 150 grados?

El análisis posterior reveló que los arcos de 150° crean ángulos de ~60° en sus bases, el mismo ángulo que se encuentra en puentes de truss ultraestables.

Perspectivas de ingeniería

Los arcos a través sobresalen al convertir las cargas verticales en fuerzas de compresión a lo largo del arco, mientras que los arcos de cubierta sufren fracturas centrales inducidas por tensión.El principio de los 60°, manifestado en arcos de 150°, resulta universalmente robusto al formar distribuciones de fuerza triangulares estables..

Direcciones futuras

Este experimento subraya cómo las elecciones geométricas sutiles afectan la integridad estructural.Las investigaciones futuras podrían explorar cómo estos principios se escalarán a puentes reforzados con acero o diseños híbridos que mezclan múltiples tipos de arcos.