การก่อสร้างด้วยบล็อก

โค้งหินสร้างจากบล็อกรูปลิ่มที่เรียกว่า หินลิ่ม (ออกเสียงว่า “วู-สวาร์”) โดยวางลงบนโครงไม้ชั่วคราวที่เรียกว่า การจัดให้อยู่กึ่งกลาง (หรือโครงค้ำชั่วคราว) ซึ่งช่วยยึดหินแต่ละก้อนไว้ในตำแหน่งที่ถูกต้อง หินก้อนสุดท้ายที่ยอดโค้งเรียกว่า หินหลัก โค้งจะ รับโหลด ได้ก็ต่อเมื่อวางหินหลักเข้าที่และรื้อโครงค้ำออกแล้วเท่านั้น ก่อนถึงตอนนั้น หินเหล่านี้ก็เป็นเพียงกองหินที่คงจะพังลงมาหากเอาโครงค้ำออก

หินหลักมีชื่อเสียงมาก แต่ไม่ได้พิเศษอย่างที่หลายคนคิด หินลิ่มทุกก้อนรับแรงขับ หินหลักช่วยปิดวงโค้งและทำให้แรงอัดเริ่มทำงาน แต่ไม่ได้ค้ำโค้งไว้ด้วยตัวมันเอง ในโค้งหลายแบบ หินหลักกลับเป็นหนึ่งในก้อนที่รับโหลดน้อยที่สุดด้วยซ้ำ

หินที่ไม่มีปูนยึดจะตั้งอยู่ได้อย่างไร? หินไม่ชอบถูกดึง และข้อต่อแบบแห้งก็รับแรงดึงไม่ได้เลย ดังนั้นโค้งจึงต้องอยู่ภายใต้แรงอัดตลอดทั้งโครงสร้าง เครื่องมือของวิศวกรคือ แนวแรงขับ: ลองจินตนาการถึงเส้นทางที่แรงเคลื่อนผ่านก้อนหิน ตั้งแต่ด้านบน ผ่านข้อต่อแต่ละจุด ลงไปยังฐานราก ที่ข้อต่อแต่ละจุด แรงจะกระทำที่จุดหนึ่ง

• หากแนวแรงขับอยู่ที่ กึ่งกลาง ของข้อต่อ หินจะถูกบีบอย่างสม่ำเสมอ
• หากแนวแรงขับเคลื่อนไปทางขอบ ความดันจะไปรวมกันที่ขอบนั้น ส่วนอีกขอบจะรับแรงน้อยลง
• หากแนวแรงขับยังอยู่ภายใน หนึ่งในสามตรงกลาง ของความหนาหิน ข้อต่อทั้งหมดยังคงถูกบีบอยู่: ไม่มีแรงดึงเกิดขึ้นที่ใดเลย สำหรับหน้าตัดสี่เหลี่ยมที่มีความหนา t แรงบีบ N ที่กระทำห่างจากจุดศูนย์กลางเป็นระยะ e จะทำให้ความดันที่ขอบเป็น (N ÷ t) · (1 ± 6e ÷ t) และขอบที่รับแรงน้อยกว่าจะมีค่าเป็นศูนย์พอดีเมื่อ e = t ÷ 6 ซึ่งเป็นขอบเขตของหนึ่งในสามตรงกลาง
• หากแนวแรงขับออกนอกก้อนหิน ข้อต่อจะ เปิดออก และหินจะเริ่มหมุนรอบข้อต่อ

โค้งก่ออิฐมักไม่ได้พังเพราะถูกบดอัดจนแหลก แต่พังเพราะกลายเป็น กลไก เมื่อแนวแรงขับแตะขอบของหินที่รอยต่อ รอยต่อนั้นจะทำหน้าที่เหมือนบานพับ บานพับสี่จุดในตำแหน่งที่เหมาะสมจะเปลี่ยนโค้งครึ่งวงกลมให้เป็นชุดชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ และโค้งก็จะพับลง นี่คือ กลไกบานพับสี่จุด

วิศวกรชาวอังกฤษ Jacques Heyman เปลี่ยนแนวคิดนี้ให้เป็นกฎที่เรียบง่ายอย่างงดงามในทศวรรษ 1960 (ในหนังสือ โครงกระดูกหิน ของเขา) ให้สมมติว่าหินไม่เลื่อน ไม่ถูกบดอัดจนแหลก และไม่สามารถถูกดึงให้แยกออกจากกันได้ ดังนั้น ถ้าคุณหาแนวแรงขับใด ๆ ที่อยู่ภายในโค้งได้สำหรับแรงที่กระทำ โค้งนั้นก็จะตั้งอยู่ได้ คุณไม่จำเป็นต้องรู้ว่าโค้งทำงานอย่างไรจริง ๆ เพียงแสดงให้เห็นว่ามีเส้นทางที่ปลอดภัยอยู่ก็พอ โค้งที่หนากว่าจะมีพื้นที่ให้แนวแรงขับอยู่ได้มากกว่า จึงปลอดภัยกว่า โค้งครึ่งวงกลมที่มีความหนาสม่ำเสมอและรับเฉพาะน้ำหนักของตัวเอง ต้องมีความหนาอย่างน้อยประมาณหนึ่งในสิบของรัศมี ส่วนแรงกดเป็นจุดขนาดใหญ่หรือฐานรองรับที่ทรุดตัวต้องการความหนามากกว่านั้น

นี่คือเหตุผลที่โค้งหินทนต่อรอยร้าวเล็ก ๆ และการเคลื่อนไหวได้ เพราะมันหาแนวแรงขับเส้นใหม่ได้ และนี่ก็เป็นเหตุผลว่าทำไมน้ำหนักมากที่วางผิดตำแหน่ง เช่น รถบรรทุกหนักบนสะพานเก่า อาจเริ่มทำให้เกิดบานพับได้ ทั้งที่น้ำหนักปกติไม่เคยทำให้เกิดขึ้น