Disseny de ponts indestructibles

Una nova generació de ponts indestructibles podria ser una realitat, gràcies a la investigació de la Universitat de Warwick (Regne Unit). El professor emèrit Wanda Lewis, de la Facultat d'Enginyeria ha ideat un procés de disseny anomenat forma d'investigació, inspirat en el món natural, a un altre nivell. Permet el disseny d'estructures rígides que segueixen una forma natural forta, és a dir, estructures que es mantenen amb una força de compressió pura o tensió, sense esforços de flexió, que són els principals punts de debilitat en altres estructures.

Això podria conduir al disseny de ponts i edificis que poden tenir qualsevol combinació de càrrega permanent sense generar tensions complexes. Aquestes estructures han millorat en seguretat i en una llarga durabilitat, sense la necessitat de reparació o reestructuració.

Des de fa 25 anys, el professor Lewis ha estat estudiant formes en la natura: els contorns d'un arbre o un full o la corba d'una petxina. En tots aquests objectes naturals, el professor Lewis va observar que desenvolupen patrons d'estrès simples que els ajuden a resistir les forces aplicades a ells amb facilitat.
El professor Lewis ha estat fent desenvolupament de models matemàtics que implementen els principis de disseny de la natura i produeixen patrons d'estrès en les estructures simples. Els principis dels seus models matemàtics s'il·lustren utilitzant experiments físics, de manera que es poden aplicar en peces de tela, per exemple.

Un tros de tela se suspèn, es deixa descansar en la seva forma natural i cau gràcies a la gravetat. Això indica que usa la mínima energia. Després, aquesta forma es congela en un objecte rígid i s'inverteix. Es troben les coordenades d'aquesta forma a través de càlcul mitjançant la simulació de les forces gravitatòries aplicades a l'estructura. Això produeix una forma natural que pot suportar la càrrega amb facilitat. El professor sosté que "els principis de disseny de la naturalesa no poden ser igualats per l'enginyeria de disseny convencional".
Si bé els dissenys arquitectònics clàssics són atractius a la vista, no són necessàriament bons en condicions estructurals: "L'estètica és un aspecte important de qualsevol disseny ja que s'han dissenyat per veure algunes formes, com ara arcs circulars o cúpules esfèriques. Però construir-los, independentment del fet que generen tensions complexes, fa que siguin, estructuralment ineficients" diu el professor Lewis.

La qüestió de com construir l'arc òptim s'ha mantingut a través de la història. Al segle XVII, Robert Hooke va demostrar a la Royal Society que la forma ideal d'un arc de pont és el que s'assembla a la línia del revés d'una catenària.
L'única altra forma proposada per la teoria clàssica és la paràbola invertida. Cadascuna d'aquestes formes només pot tenir un tipus específic de càrrega sense desenvolupar tensions complexes, que són punts de debilitat.
Aquest procés pioner forma part de la investigació del professor Lewis i omple el buit en la teoria clàssica ja que, ofereix una nova solució matemàtica en la recerca de l'arc òptim sotmès a una càrrega general.
El treball pel descobriment de l'arc òptim ha estat publicat en les Actes de la Royal Society.

Font: PHYSOrg