در واقع ماکارونی بر خلاف فولاد و بتن عنصر سازه ای ناشناخته ای می باشد . این بدان معنی است که خصوصیات ماکارونی شامل حداکثر تنش کششی ، حداکثر تنش فشاری ، مدول الاستیسیته ، نحوه کمانش ماکارونی و دیگر خصوصیات ماکارونی که مورد نیاز برای طراحی و تحلیل سازه می باشند ، ناشناخته می باشد و تنها راه بدست آوردن این ویژگیها ایجاد وابداع آزمایش های ساده و دقیق می باشد .

ماکارونی بر خلاف بتن و فولاد دارای  ضعف های زیادی می باشد  و این ضعف ها کار را برای طراح مشکل تر می کند و اینجاست که ابداعات و خلاقیت هنر نمایی می کنند و برای رسیدن به رکورد های بالا بهینه سازی سازه ها مطرح می گردد .

ارزان بودن ماکارونی نسبت به مصالحی چون فولاد وبتن .

اهداف کلی طرح :

 این طرح در وهله اول به عنوان یک طرح آموزشی می تواند بسیار مفید و سودمند برای دانشجویان رشته مهندسی عمران ایفای نقش نماید ، زیرا این امکان را به دانشجویان می دهد که ، با استفاده از مصالح ارزان ، سبک و قابل دسترس ( ماکارونی به جای بتن و فولاد ) دست به طراحی و ساخت سازه های مختلف زده و با این کار کلیه دروس فراگرفته در رشته سازه را به عمل تجربه نمایند .

دانشجویان می بایست با استفاده از مسائل تئوریک فرا گرفته در دروس مقاومت مصالح و آزمایشگاه های مربوط به آن تلاش نمایند تا خصوصیات عنصر سازه ای جدید را کشف نمایند .

دانشجویان می بایست با استفاده از تحلیل سازه ها و با بکارگیری نرم افزار های کامپیوتری به طراحی و آنالیز سازه مورد نظر بپردازند.

طراحی و ساخت یک سازه بهینه که تحت عنوان بهینه سازی سازه ها مطرح است، در دستور کار قرار می گیرد.

معرفی انواع مختلف سازه های ماکارونی :

سازه های فشاری :

نوعی پل با دهانه کوتاه ، که اکثر اعضای آن در فشار می باشند . از مزیت های این رشته از مسابقات طراحی اعضای فشاری و بررسی پدیده کمانش در آنها می باشد .

Tower Crain 

دراین نوع از سازه های ماکارونی ، هدف طراحی جرثقیلهایی است که بر روی برجهای بلند به کار گرفته می شوند .

این سازه ها باید قادر باشند با داشتن ارتفاع معین شعاع خاصی را تحت پوشش قرار دهند .

پل با بار متمرکز :

این سازه از به هم پیوستن دو خرپای دوبعدی به وجود می آید و بارگذاری از وسط دهانه صورت می گیرد .

این نوع پل هر سه نوع عضو فشاری ، کششی و خمشی را دارا می باشد . 

پل با بار گسترده :

پل به شکل ظاهری خرپا می باشد ، که بارگذاری به صورت گسترده و یکنواخت در تمام طول دهانه صورت می گیرد . در عمل می توان چنین فرض کرد که تمام وسایل نقلیه به دلیل ترافیک به صورت ثابت بر روی پل قرار گرفته اند . ( تو ایران نیست اما تو کشور های اروپایی هست ( 

پل با بار متحرک :

این نوع از سازه ماکارونی در واقع پیشرفته ترین و کامل ترین حالت از سازه ها می باشد ، که در آن طراحان اقدام به طراحی یک پل واقعی می کنند .بار قرار گرفته بر روی پل به صورت متحرک می باشد ، که این امر با عبور دادن یک وسیله نقلیه کوچک با سرعت معین ، که بر روی آن وزنه قرار داده می شود ، صورت می گیرد . ( تو ایران نیست اما تو کشور های اروپایی هست(

هدف: در آشنایی با عملکرد پل های خرپایی و تشبیه به پل واقعی.

مهارت هایی که می آموزیم :
مهارت های عملی تجربی در ساخت پل خرپایی با ماکارونی و نیز با مصالح دیگر مثل چوب(در صورت امکان) ،تشخیص اعضای کششی و فشاری در مدل از طریق تمرین در ساخت پل از طریق نحوه شکستن اعضا در بارگذاری و بر اساس میزان بار ، آشنایی با مفهوم تعادل از طریق نحوه شکستن اعضا در بارگذاری که با توجه به تقارن سازه و بار، شکستگی ها باید (تقریبا) متقارن باشد و نیز کارگروهی و همکاری

مفاهیم علمی پیش نیاز:
آشنایی با مفاهیم نیرو،بردار،مثلثات

مهارت های پیش نیاز:
آشنایی با مثلثات

مفاهیم آموزشی که لازم به دانستن انها هستیم :
آشنایی با سازه (خرپا) : عضو، مفصل، انواع تکیه گاه، شرایط خرپا ها...

انواع پل : پل خرپایی، پل قوسی، پل کابلی ( در این پروژه، پل خرپایی مورد بررسی است(
تحلیل مقدماتی سازه: تعیین نیروی اعضای خرپایی در پل از نظر مقدار و جهت

استوری بورد:

- جلسات ابتدایی: آشنایی با سازه(خرپا) : عضو، مفصل، انواع تکیه گاه، شرایط خرپا ها... تحلیل سازه، تعیین نیروی اعضای خرپایی در پل از نظر مقدار و جهت و حل مثال های متعدد

- آشنایی با انواع پل : پل خرپایی، پل قوسی، پل کابلی

- جلسات عملی: ساخت چند نمونه پل

- آشنایی با استاندارد های مسابقات پل ماکارونی

محصول نهایی:

پل ساخته شده از اسپاگتی(ماکارونی) با وزن مشخص و قدرت تحمل بار با وزن معلوم. میزان وزن و قدرت تحمل بار و طول و ارتفاع طبق استانداردهای مسابقات می باشد .هدف :هدف از این مسابقه بدست آوردن طرح بهینه خرپا و همچنین ارتقای سطح علمی دانشجویان می باشد.

مصالح :مصالح مجاز ماکارونی تک رشته ای معمولی با قطر دلخواه بدون تقویت و تسلیح با هر گونه مواد دیگر و همچنین چسب مایع مناسب می باشد.

اتصالات :قطر ظاهری اتصالات که با چسب به وجود آمده نباید بیشتر از cm ٢/۵ باشد

برای این پروژه :

اول مطالب تئوری رو یاد بگیرید.
دوم با طرز رفتار یک ماکارونی آشنا بشید.
سوم یک طرح بزنید.
چهارم اونو اجرا کنید.
پنجم بارگذار کنید.
ششم نتیجه رو تحلیل کنید.
هفتم طرح را بهینه کنید.

پلهایی که خوردنی نیستند !

آیا تاکنون چیزی از پلهای ماکارونی شنیده اید! اشتباه نکنید، این پلها نه خوردنی هستند، نه از آن دسته پلهای واقعی که افراد یا ماشینها از آن عبور میکنند. 
پلهای ماکارونی مدل اولیه پلهای واقعی هستند. در واقع در مسابقه سازه سبک پلهای ماکارونی، شرکت کنندگان ملزم به ساخت پلی هستند که بتواند وزنه 2 کیلویی را در مدت 5 دقیقه تحمل کند. 
در مسابقه سازه سنگین لازم است وزن پل کمتر از 65 گرم باشد و به گونه ای ساخته شود که بتواند بار بیشتری را تحمل کند. به هر حال نکته جالب آنکه پلهایی که تنها از ماکارونی و چسب حرارتی ساخته میشوند میتوانند حدود 150 تا 200 برابر وزن خود، بار تحمل کنند.
حال ما نیز به بهانه برگزاری مسابقه های دانشجویی پل ماکارونی در دانشگاه صنعتی امیرکبیر به تهیه گزارشی از این مسابقه ها اقدام کرده ایم.
اصولا در رشته های مهندسی دانشجویان دروس تئوری را می گیرند تا در نهایت در اجرا آنها را به کار ببرند. هرچه استفاده از این یادگرفته ها زودتر اتفاق بیفتد، بهتر است و این امکان وجود دارد که اشتباهات موجود را بر طرف کند، بخصوص اگر این فرصت در دوران تحصیل فراهم شود.
از جمله فعالیتهایی که به این هدف کمک میکند مسابقه های دانشجویی است و یکی از این مسابقه ها، مسابقات پل ماکارونی است که در رشته مهندسی عمران برگزار میشود. البته این رقابت در مقایسه با مسابقه هایی همچون رباتیک در رایانه، بتن در عمران و کاربرد سوختهای پاک در رشته شیمی روند آسانتری داشته و البته در ایران مسابقه جوانی است.

پلهای ماکارونی در دنیا
مسابقه پلهای ماکارونی و درکل سازه های ماکارونی در دنیا و دانشگاه های کشورهای صاحب نام در امر پلسازی یک مسابقه شناخته شده است. برای مثال دانشگاه OUC کلونا در ایالت بریتیش کلمبیا کانادا تا کنون بیش از 22 سال این مسابقه را برگزار کرده است.
با نگاهی به شرایط کشور کانادا دلیل برگزاری این مسابقه روشنتر خواهد شد. برای مثال شهر ونکوور که مرکز این ایالت است، متشکل از جزیره های کوچک و بزرگ است که لازم است برای ایجاد مسیر بین آنها پل زده شود. نکته جالب، عمر مفید اینگونه پلها و نیز اصرار برای کاهش هزینه آنهاست.
لذا بهینه ترین طرح برای این پلها لازم است. با اینکه کانادا کشور ثروتمندی است، اما با نگاه دقیق به بودجه های اختصاص یافته برای این امور میتوان به این جمع بندی رسید که اصرار بیش از حد برای کاهش هزینه ها دارند.
پل معلق معروف شهر ونکوور که سمبل این شهر است یکی از راه های ارتباطی مهم بین منطقه مسکونی و تجاری این شهر است و مسدود شدن آن به علل مختلف باعث فلج شدن شهر خواهد شد.
با توجه به میزبانی شهر ونکوور برای المپیک زمستانی 2010 مقامهای عالی رتبه این شهر تصمیم به ساخت پلی به موازات قبلی گرفته اند و از هم اکنون با وضع مالیات و گرفتن عوارض از مهاجران به این ایالت اقدام به جمع آوری بودجه لازم کرده و قصد دارند مهندس طراح این پل یک کانادایی باشد. این شرح به منظور بیان اهمیت زیاد بحث پل و طراحی آن در کانادا است.
شرایط مشابهی برای سازه های حجیم ماکارونی در کشور ژاپن نیز وجود دارد که به کمک آنها میتوان جزیره های مصنوعی ساخت. اما دلیل استفاده از ماکارونی در ساخت این نمونه ها در درجه اول سهولت ساخت پلها با این مصالح است.
ماکارونی براحتی بریده می شود و تهیه آن بسیار راحت است و در هر فروشگاه یافت می شود، براحتی چسبکاری شده و از همه مهمتر اینکه تغییر شکلهای آن تشابه بسیار زیادی با مصالح به کار رفته در پل از جمله فولاد دارد. اصول مهندسی در ساخت پلهای ماکارونی بسیار بارز است.

پلی از جنس ماکارونی
در پل ماکارونی، جنس تمام المانها و اعضای آن از ماکارونی است و با توجه به فشاری یا کششی بودن اعضا، قطرلازم برای آن انتخاب میشود.
برای تشکیل گره ها نیز از چسب استفاده میشود. در مهندسی عمران درسی به نام تحلیل سازه ها وجود دارد که در بخشی از آن که مربوط به خرپاها (سازه های به کار رفته در پلها) است، روند محاسبه نیروهای اینگونه پلها تدریس میشود و غالبا دانشجویان درسال دوم تحصیل آن را فرا میگیرند.
با توجه به تنوع موجود در پلهای واقعی، مسابقه های پل ماکارونی نیز داری تنوع بسیاری است. پلهای صفحهای، خرپایی، قوسی، معلق و... انواعی از پلهای رایج در صنعت عمران هستند که مسابقه های پل ماکارونی نیز نسبت به شرایط مسابقه استفاده از این پلها را مورد توجه قرار داده است.

هدف از مسابقه ها
در مسابقه های پل ماکارونی سعی در این است که دانشجو بتواند از بین ایده های مختلف برای مسابقه، بهترین را انتخاب کند. مثلا درمسابقه هایی که به سازه سنگین معروف است، هدف ساخت پلی است که از وزن مشخصی کمتر بوده و بتواند بیشترین نیرو را داشته باشد.
تصور کنید لازم است در دهانهای خاص پلی ساخته شود که هزینه اختصاص یافته برای آن محدود است. اگر هزینه را متناسب با وزن مصالح مصرفی در نظر بگیریم پس نیاز به ساخت پلی است که میزان مصالح موجود محدود است. هرچه این پل بتواند ترافیک بیشتری را عبور دهد، بهتر است.
به این منظور مسابقه سازه سنگین طراحی شده است و اصول کار در آن بدین شکل است که وزن پل را به عددی محدود میکند و لازم است طراحیها به نحوی باشد که زیر وزن مجاز قرار گیرد. مثلا در مسابقههای کانادا این وزن حداکثر یک کیلوگرم بوده و در مسابقه های برگزار شده در دانشگاه امیر کبیر650 گرم.
جالب است بدانید در مسابقه های کانادا پلی با وزن یک کیلوگرم توانسته است درحدود 250 کیلوگرم بار را تحمل کند. بهترین طرح برای استفاده در مسابقه های سازه سنگین طرح قوسی است که نمونه آن پل اهواز است. 

پلهای سبکتر
مشکل دیگر مسابقه پل ماکارونی، مسابقه سازه سبک است که در آن باربری پل محدود شده و هرچه پل سبکتر باشد، بهتر است. با توجه به اینکه در صورت بارگذاری ماکارونی تغییر شکل در آن ایجاد شده و با گذشت زمان زیاد میشود، لازم است زمانی برای تحمل بار نیز لحاظ شود. آنچه تا کنون در مسابقه ها رایج بوده، استفاده از بار 2 کیلوگرمی به مدت 5 دقیقه است و در نهایت پل سبکتر برنده خواهد شد.
در واقعیت نیز این شرایط وجود دارد که حجم ترافیک یا خطوط ترافیک معین است و لازم است پلی احداث شود. لذا بار مورد تحمل معلوم بوده و مشخص است هرچه پل سبکتر باشد، مصالح کمتری در آن استفاده شده و در نهایت ارزانتر تمام خواهد شد.
مسابقه سازه سبک و سنگین دوگونه رایج در مسابقه های پل ماکارونی است که امسال برای اولین بار این دو مسابقه در دانشگاه صنعتی امیرکبیر برگزار شد، اما همواره قوانین نیز بر این مسابقهها حاکم است که مشخصات طراحی پل را به طراح دیکته میکند. همچنین این قوانین به واقعیتر شدن طراحی نیز کمک میکنند. مثلا از جمله موارد مورد نیاز برای طراحی پل، ارتفاع، طول، دهانه، حمل اعمال بار و…  است که در قوانین گنجانده شده است.

پلهای ماکارونی در ایران
در مسابقههای کانادا که هر ساله در اوایل ماه مارس برگزار میشود، حداقل طول دهانه یک متر و حداکثر ارتفاع پل 50 سانتیمتر انتخاب شده است.
در مسابقههای ایران از آنجا که شروعی بر این مسابقه بود، تصمیم به تغییر این اعداد گرفته شد تا تمام دانشجویان به طراحی مشغول شوند.
در مسابقههای دانشگاه امیرکبیر طول پل حداقل 80 سانتیمتر و ارتفاع آن حداکثر 90 سانتیمتر است. از آنجا که لازم است از روی عرشه و پل ترافیک عبور کند، هم در مسابقه های کانادا و هم در مسابقه های ایران لازم است یک مکعب به سطح مقطع 5×5 سانتیمتر بتواند از داخل پل عبور کند. 
امسال میزبان این مسابقه، دانشگاه امیرکبیر بود و در آن بالغ بر90 تیم از دانشگاه های صنعتی شریف، امیرکبیر، علم و صنعت، مازندران، آذربایجان، آمل، کرج، قزوین و سایر دانشگاه های شهر تهران شرکت کردند. 
تا حد امکان نیز سعی شده تا شرایط مسابقه به استانداردهای بین المللی نزدیک شود که از آن جمله مکانیزه کردن دستگاه بارگذاری بود که از یک دستگاه کشش برای این منظور بوده است.
مسلما تداوم این مسابقه ها میتواند به شکوفاتر شدن خلاقیت دانشجویان کمک کند.