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Forscher entdecken das Geheimnis der italienischen Renaissancekuppeln: Doppelhelix des Mauerwerks

Doppel-Loxodrom

Die Doppel-Loxodrom-Technik besteht aus Reihen vertikaler Fischgrätensteine, die sich spiralförmig um die Kuppel drehen und von horizontalen Feldsteinen ausgefüllt werden. Tatsächlich erzeugt jede Ziegelschicht ein Strukturelement, das als Plattenband oder flacher Bogen bekannt ist und die inneren Ziegel zwischen den vertikalen Endkappen einklemmt, um die Last auf die Struktur zu verteilen. Bildnachweis: Vittorio Paris und Attilio Pizzigoni, Universität Bergamo; Sigrid Adriaenssens, Princeton University

In einer Verbundstudie in der diesmonatigen Ausgabe von Technische Strukturen, Forscher bei Princeton Universität und die Universität von Bergamo enthüllte die technischen Techniken hinter selbsttragenden Mauerwerkskuppeln, die der italienischen Renaissance innewohnen. Die Forscher analysierten, wie Kuppeln wie der berühmte Dom, der Teil der Kathedrale Santa Maria del Fiore in Florenz ist, als selbsttragend gebaut wurden, ohne die Verwendung von Stützen oder Formen, die normalerweise erforderlich sind.

Sigrid Adriaenssens, Professorin für Bau- und Umweltingenieurwesen in Princeton, arbeitete bei der Analyse mit dem Doktoranden Vittorio Paris und Attilio Pizzigoni, Professor für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften an der Universität Bergamo, zusammen. Ihre Studie ist die erste, die die Physik in italienischen Renaissancekuppeln quantitativ nachweist und die Kräfte erklärt, die es ermöglichen, solche Strukturen ohne typische Schalung zu bauen, selbst für moderne Bauarbeiten. Bisher gab es auf dem Gebiet nur Hypothesen darüber, wie Kräfte durch solche Gebäude flossen, und es war nicht bekannt, wie sie ohne die Verwendung temporärer Strukturen gebaut wurden, um sie während des Baus aufzuhalten.

Für Adriaenssens wirft das Projekt zwei wichtige Fragen auf. “Wie kann die Menschheit eine so große und schöne Struktur ohne Schalung bauen – mechanisch, was ist die Innovation?” Sie fragte. Zweitens: “Was können wir lernen?” Gibt es eine “vergessene Technologie, die wir heute nutzen können”?

Die detaillierte Computeranalyse berücksichtigt die Kräfte, die auf den einzelnen Stein wirken, und erklärt, wie das Gleichgewicht genutzt wird. Die als diskrete Elementmodellierung (DEM) bezeichnete Technik analysierte die Struktur in mehreren Schichten und Bauphasen. Eine Grenzzustandsanalyse bestimmte den Gesamtgleichgewichtszustand oder die Stabilität der fertigen Struktur. Diese Tests verifizieren nicht nur die Mechanik der Strukturen, sondern ermöglichen es auch, die Techniken für das moderne Bauen nachzubilden.

Die Forscher wenden ihre Ergebnisse auf das moderne Bauen an und gehen davon aus, dass diese Studie praktische Anwendungen für die Entwicklung von Bautechniken mit Drohnen und Robotern aus der Luft haben könnte. Die Verwendung dieser unbemannten Maschinen für den Bau würde die Arbeitssicherheit erhöhen, die Baugeschwindigkeit erhöhen und die Baukosten senken.

Ein weiterer Vorteil der Entdeckung neuer Bautechniken aus alten Quellen besteht darin, dass sie Vorteile für die Umwelt bringen können. „Die Bauindustrie ist eine der verschwenderischsten. Wenn wir also nichts ändern, wird es viel mehr Bauabfälle geben“, sagte Adriaenssens, der daran interessiert ist, Drohnen-Techniken für den Bau von Dächern mit sehr großer Spannweite einzusetzen sind selbsttragend und erfordern keine Verbauung oder Schalung.

„Insgesamt spricht dieses Projekt für eine alte Erzählung, die von Steinen erzählt, die im Wunder der Vernunft ihr Gleichgewicht finden“, sagte Pizzigoni, „von Brunelleschis Kuppel bis zu den mechanischen Armen der modernen Robotik, in denen Technologie Räume und ihre soziale Nutzung performativ darstellt . ”

Referenz: „Statik von selbstausgleichenden Mauerwerkskuppeln, die mit einem spiralförmigen Muster aus Fischgrätenmuster konstruiert wurden“ von Vittorio Paris, Attilio Pizzigoni und Sigrid Adriaenssens, 14. Mai 2020, Technische Strukturen.
DOI: 10.1016 / j.engstruct.2020.110440