سازه های ماکارونی با چه هدفی ساخته می شوند؟

شاید تا بحال نام سازه های ماکارونی به گوشتان خورده باشد. در این مقاله از سرویس اطلس پلاس قصد داریم تا درباره این سازه های خوشمزه که البته خورده نمی شوند بپردازیم. سازه های ماکارونی سازه هایی هستند که به منظور اهداف آموزشی و تنها بوسیله رشته‌ های ماکارونی و چسب طراحی و ساخته می ‌شوند. این سازه ها همچون یک ماکت پل در مقیاس های کوچک تری نسبت به پل های واقعی ساخته می شوند و سپس میزان پایداری و تحمل آن ها در برابر فشار اندازه گیری می شود.

هدف از ساخت سازه های ماکارونی چیست

برای یک دانشجوی رشته مهندسی عمران دشوار است تا مسائلی که به صورت تئوریک در کلاس های درس آموخته را به صورت واقعی تجربه کند. به عنوان مثال اگر او بخواهد ببیند با توجه به چیزهایی که فراگرفته آیا می تواند یک پل طراحی و اجرا کند، نمی تواند شخص یا شرکتی را پیدا کند تا به وی صدها میلیون تومان برای ساخت یک پل واقعی کمک کند، اما این دانشجوی ما راه دیگری برای سنجش عم خود دارد. دانشجویان رشته مهندسی عمران می توانند بدون هیچ هزینه ای و تنها با خرید چند بسته ماکارونی و مقداری چسب اندوخته های علم مهندسی خود را به چالش بکشند.

از سوی دیگر ماکارونی بر خلاف فولاد و بتن که عنصر اصلی ساخت سازه های عمرانی محسوب می شود داری ویژگی های مهندسی ناشناخته ای می باشد‌. بر همین مبنا ویژگی های مکانیکی ماکارونی از جمله حداکثر مقاومت کششی، حداکثر مقاومت فشاری‌، مدول الاستیسیته‌، نحوه سازه ماکارونی و غیره، ناشناخته می باشد. همچنین ‌ماکارونی بر خلاف بتن و فولاد ضعف های زیادی دارا است که این امر کار با آن را برای دانشجویان مهندسی دشوار می کند. این دو عامل یعنی ناشناخته بودن ویژگی های مهندسی ماکارونی و ضعیف بودن آن موجب می شود تا دانشجوی مهندسی عمران برای طراحی یک سازه ماکارونی با چالش های زیادی روبرو گردد و مهارت علمی وی به آزمایش گذاشته شود.

دانشجویان رشته مهندسی عمران با طراحی و ساخت سازه های ماکارونی تمامی دروسی که در دانشگاه در زمینه سازه فرا گرفته اند را در عمل تجربه و آزمایش می کنند. آن ها می بایست با کمک دانش تئوریک خود در دروس مقاومت مصالح و آنچه در آزمایشگاه ها مشاهده کرده اند کوشش کند تا ویژگی های عنصر سازه خود را کشف کنند و با تحلیل سازه‌ ها و به استفاده از نرم افزارهای مهندسی به آنالیز و در نتیجه به طراحی سازه مورد نظر خود بپردازند.

ویژگی های سازه های ماکارونی و چالشی که برای دانشجویان رشته مهندسی عمران بوجود آورده است، سبب شده تا محافل علمی از آن برای سنجش مهارت دانشجویان استفاده کنند. از همین روی در شماری از دانشکده های مهندسی دانشگاه های مطرح مسابقاتی تحت عنوان مسابقات سازه های ماکارونی برگزار شود. در خلال این مسابقات دانشجویان برای ساخت مقاوم ترین و مستحکم ترین سازه ماکارونی با یکدیگر رقابت می کنند.

تکنیک ‌های ساخت

برای ساخت یک سازه ماکارونی پس از طراحی آن می بایست رشته های ماکارونی را بر اساس طرحی که دارید بوسیله اتصالاتی به هم متصل کنید. برای اینکار می بایست رشته های ماکارونی را به شکل سر به سر قرار داده و سپس در محل گره ها از چسب استفاده کنید.

اتصالات میان رشته های ماکارونی نیز به دو صورت اتصال مفصلی و اتصال صلب انجام می شود. برای ایجاد اتصالی مفصلی می بایست از چسب حرارتی استفاده کرد. این چسب علاوه بر چسباندن رشته های ماکارونی به همدیگر به اندازه ای انعطاف پذیر می باشد که به رشته ها اجازه می‌دهد تا در محل گره ‌ها مقداری دوران نمایند.

برای ایجاد اتصالات صلب نیز می‌ توان از دو چسب دو قلو و قطره ای استفاده نمود. چسب دو قلو دارای این قابلیت است که فضای ‌خالی میان رشته ها در محل گره ها را پر کرده و نیازی ندارد که ماکارورنی تراش داده شود و در کنار یکدیگر قرار گیرد. با این حال این نوع چسب یک ایراد بزرگ دارد و آن هم وزن بالای آن است که موجب می شود به تبع آن وزن سازه بالا برود. ولی اگر از چسب قطره ای برای اتصال استفاده می کنید، رشته ها می بایست در محل گره‌ ها به شکلی مناسب تراش داده شوند تا سطح تماس افزایش یابد. زیرا اصولاً این چسب فضا پر کن نبوده و تنها در سطوحی که رشته ها با یکدیگر تماس مستقیم دارند ایجاد اتصال می‌ کند. اما در عوض اگر از این چسب استفاده کنید، وزن تمام شده سازه زیاد خواهد بود.

ساخت سازه های ماکارونی

برای ساخت یک سازه ایده آل می بایست یک هدف تعریف شود. در ساخت سازه های ماکارونی ما دو هدف داریم. هدف اول این است که سازه ما می بایست به شکلی طراحی شود که در قبال کمترین وزن بیشترین رکورد تحمل فشار را داشته باشد. بر اساس هدف دوم نیز سازه ماکارونی می بایست به صورتی طراحی شود که خمش موجود در اعضای آن به حداقل ممکن برسد. زیرا رشته های ماکارونی در برابر خمش بسیار ضعیف می باشد.

اما برای اینکه خمش را حذف کنیم باید از چه راهکاری بهره ببریم؟ در پاسخ به این سوال باید گفت که برای به حداقل رساندن خمش موجود در رشته ها می بایست از روش تخم مرغ استفاده نمود. یک تخم مرغ هنگامی که از بالا و پایین به طور همزمان و یکسان فشار وارد شود نمی شکند. دلیل آن نیز این مسئله است که بخش اعظم نیروی وارده به تخم مرغ به خاطر انحنای آن خنثی می شود و بخش اندکی از آن به خمش تبدیل می‌ شود. از آن جایی که ماکارونی نیز مثل تخم مرغ جسمی ترد می باشد، می توان با پدید آوردن همین حالت از به وجود آمدن خمش در ماکارونی تا حد زیادی جلوگیری نمود. همچنین سازه می بایست به شکلی طراحی گرد که تقریباً تمامی رشته های اصلی با همه ظرفیت خود کار نمایند. بدین صورت که در زمان شکست سازه ماکارونی تمام رشته های اصلی می بایست به حداکثر مقاومت خود رسیده باشند و خراب شدن آن در نتیجه شکست همزمان تمامی رشته های اصلی روی دهد.