Thiết kế cầu mang tính viễn kiến của Leonardo da Vinci: Siêu phẩm 500 năm tuổi được các kỹ sư hiện đại thử nghiệm
Bí ẩn về thiết kế cầu của Leonardo
Trong biên niên sử về lịch sử kỹ thuật, Leonardo da Vinci nổi lên như một nhân vật vĩ đại, được biết đến với những ý tưởng đột phá và các thiết kế đầy sức sáng tạo. Trong số rất nhiều sáng tạo chưa được chế tạo của ông, có một sáng tạo đặc biệt thu hút trí tưởng tượng, đó là đề xuất xây dựng một cây cầu bắc qua eo biển Golden Horn ở Constantinople.
Thiết kế của Leonardo, được hình thành để đáp lại yêu cầu của Sultan Bayezid II về các đề xuất xây dựng cầu, không giống bất kỳ thiết kế nào từng thấy trước đây. Thiết kế này hình dung ra một mái vòm duy nhất được làm phẳng, đủ cao để những chiếc thuyền buồm có thể đi qua bên dưới, với các mố cầu dạng quạt nhằm ổn định trước các chuyển động ngang do động đất gây ra.
Tuy nhiên, chiều dài cầu được đề xuất – 919 feet đáng kinh ngạc – đã đặt ra một trở ngại đáng kể. Các kỹ thuật xây dựng thông thường sẽ yêu cầu ít nhất mười trụ cầu để hỗ trợ kết cấu, gây cản trở giao thông tàu thuyền.
Các kỹ sư MIT kiểm tra tính khả thi của thiết kế của Leonardo
Năm thế kỷ sau đề xuất ban đầu của Leonardo, các kỹ sư tại MIT đã bắt tay vào một dự án nhằm kiểm tra tính khả thi của thiết kế của ông. Dưới sự dẫn dắt của John Ochsendorf, nhóm nghiên cứu đã phân tích các bản phác thảo và thư từ của Leonardo, cũng như các vật liệu có vào năm 1502, để xác định các vật liệu và phương pháp thi công khả dĩ nhất mà ông sẽ sử dụng.
Họ kết luận rằng Leonardo có khả năng sẽ sử dụng đá làm vật liệu xây dựng chính vì độ bền và khả năng chịu lực vượt trội của đá. Sau đó, họ đã xây dựng một mô hình thu nhỏ cây cầu theo tỷ lệ 1/500 bằng cách sử dụng các bộ phận được in 3D.
Vai trò quan trọng của đá đỉnh
Đá đỉnh, một khối đá hình nêm, đóng vai trò rất quan trọng trong sự ổn định về mặt kết cấu của cây cầu. Khi lắp vào, nó khóa các bộ phận khác vào đúng vị trí thông qua lực nén tuyệt đối.
“Khi chúng tôi lắp [đá đỉnh] vào, chúng tôi đã phải ép chặt nó”, Karly Bast, một sinh viên kỹ thuật tham gia dự án, cho biết. “Đó là khoảnh khắc vô cùng quan trọng khi chúng tôi lần đầu lắp ráp cây cầu. Tôi đã có rất nhiều nghi ngờ”.
Thử nghiệm ứng suất và khả năng phục hồi
Để kiểm tra thêm độ ổn định của mô hình, các nhà nghiên cứu đã đặt nó trên các bệ di động, tạo ra chuyển động ngang mô phỏng đất tơi xốp hoặc động đất. Cây cầu hoạt động rất tốt, chỉ bị biến dạng một chút nhưng cuối cùng vẫn chống chịu được sự sụp đổ.
Thông tin chuyên sâu cho kỹ thuật hiện đại
Mặc dù thiết kế của Leonardo có thể không thực tế đối với công trình xây dựng hiện đại do sự ra đời của các vật liệu bền hơn và nhẹ hơn, nhưng nó cung cấp thông tin chuyên sâu có giá trị cho các kỹ sư ngày nay.
“Điều chúng ta có thể học được từ thiết kế của Leonardo da Vinci là hình dạng của một kết cấu rất quan trọng đối với sự ổn định của kết cấu đó”, Bast cho biết. “Thiết kế của Leonardo không chỉ ổn định về mặt kết cấu mà bản thân kết cấu cũng chính là kiến trúc. Điều quan trọng là phải hiểu thiết kế này vì đây là một ví dụ về cách kỹ thuật và nghệ thuật không tách biệt với nhau”.
Di sản của cây cầu Leonardo
Bản phác thảo gốc của Leonardo, đã bị thất lạc trong nhiều thế kỷ, đã được tìm lại vào năm 1952, hé lộ một phần quá trình sáng tạo của ông. Mặc dù thiết kế cầu của ông chưa bao giờ được xây dựng hoàn chỉnh, nhưng ảnh hưởng của nó có thể được nhìn thấy trong các công trình hiện đại như Cầu da Vinci ở Na Uy, một cây cầu dựa trên ý tưởng của Leonardo một cách lỏng lẻo, sử dụng thép và gỗ.
Câu chuyện về thiết kế cầu của Leonardo da Vinci là minh chứng cho sức mạnh trường tồn của trí tưởng tượng con người và tính phù hợp lâu dài của các nguyên lý kỹ thuật. Nó cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của thử nghiệm và hợp tác trong việc đẩy lùi ranh giới của sự đổi mới của con người.
