엔지니어들이 레오나르도 다빈치의 교량 설계를 테스트했습니다.

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서기 1502년 술탄 바예지드 2세(Sultan Bayezid II)는 르네상스 정부에 해당하는 RFP(제안 요청)를 보내 이스탄불과 이웃 도시 갈라타를 연결하는 다리 설계를 모색했습니다. 이미 유명한 예술가이자 발명가인 레오나르도 다빈치는 술탄에게 보낸 편지에서 설명하고 노트에 작은 그림으로 스케치한 참신한 다리 디자인을 생각해냈습니다.

그는 일자리를 얻지 못했습니다. 그러나 그가 죽은 지 500년이 지난 후, 당시 세계에서 가장 긴 교량의 설계에 흥미를 느낀 MIT 연구자들은 레오나르도의 개념이 얼마나 깊이 있게 생각되었는지, 그리고 그것이 실제로 효과가 있었는지 궁금해했습니다.

스포일러 경고: Leonardo는 자신이 무엇을 하고 있는지 알고 있었습니다.

이 질문을 연구하기 위해 최근 대학원생인 Karly Bast MEng '19는 건축 및 토목 및 환경 공학 교수 John Ochsendorf 및 학부생 Michelle Xie와 함께 사용 가능한 문서, 가능한 재료 및 사용 가능한 건축 방법을 분석하여 문제를 해결했습니다. 당시 제안된 장소, 즉 골든 혼(Golden Horn)이라고 불리는 강 하구의 지질 조건을 살펴보았습니다. 궁극적으로 팀은 구조물의 지지력과 무게 지지력, 심지어 기초의 침하를 견딜 수 있는 능력을 테스트하기 위해 상세한 축소 모델을 구축했습니다.

이번 연구 결과는 이번 주 바르셀로나에서 열린 쉘 및 공간 구조 국제 협회(International Association for Shell and Spatial Structures) 컨퍼런스에서 발표되었습니다. 그들은 또한 이달 말 매사추세츠 주 케임브리지의 Draper에서 열리는 강연과 11월 13일 방송 예정인 PBS 프로그램 NOVA의 에피소드에도 등장할 예정입니다.

편평한 아치

레오나르도 시대에 대부분의 석조 교량 지지대는 전통적인 반원형 아치 형태로 만들어졌는데, 이렇게 긴 교량을 지탱하려면 경간을 따라 10개 이상의 교각이 필요했습니다. 레오나르도의 다리 개념은 극적으로 달랐습니다. 그의 스케치에 설명된 것처럼 범선이 돛대를 제자리에 놓고 아래로 지나갈 수 있을 만큼 충분히 높지만 하나의 거대한 아치로 넓은 경간을 가로지르는 평평한 아치였습니다.

다리의 길이는 약 280미터로(미터법이 아직 몇 세기나 떨어져 있었기 때문에 레오나르도 자신은 다른 측정 시스템을 사용했지만), 건설되었다면 당시 세계에서 가장 긴 길이였을 것입니다. Bast는 “엄청나게 야심찬 일입니다.”라고 말했습니다. “당시 일반적인 교량보다 길이가 10배 정도 길었습니다.”

이 디자인은 또한 측면 움직임에 대해 경간을 안정화하는 특이한 방법을 특징으로 하며, 이로 인해 수세기에 걸쳐 많은 다리가 붕괴되었습니다. 이를 해결하기 위해 Leonardo는 흔들리는 자동차에서 균형을 잡기 위해 서있는 지하철 라이더처럼 양쪽에서 바깥쪽으로 펼쳐지는 지지대를 제안했습니다.

그의 공책과 술탄에게 보낸 편지에서 레오나르도는 사용될 재료나 건축 방법에 대한 세부 정보를 제공하지 않았습니다. Bast와 팀은 당시 사용 가능한 자재를 분석한 결과 나무나 벽돌이 이렇게 긴 경간 하중을 지탱할 수 없었기 때문에 다리는 돌로만 만들 수 있었다는 결론을 내렸습니다. 그리고 그들은 로마인들이 건설한 것과 같은 고전적인 석조 다리에서처럼 돌을 함께 고정하는 고정 장치나 모르타르 없이도 다리가 중력의 힘을 받아 자체적으로 세워질 것이라고 결론지었습니다.

이를 증명하기 위해 모델을 구축하고 안정성을 입증해야 했습니다. 그러기 위해서는 복잡한 모양을 최종 구조로 조립할 수 있는 개별 블록으로 분할하는 방법을 알아내야 했습니다. 실제 크기의 다리는 수천 개의 돌 블록으로 구성되었지만, 그들은 모델에 대해 126개의 블록으로 설계하기로 결정했으며, 이 모델은 1~500(길이 약 32인치)의 규모로 제작되었습니다. 그런 다음 3D 프린터로 개별 블록을 제작했는데, 블록당 제작하는 데 약 6시간이 걸렸습니다.