Πώς η Μεγάλη Πυραμίδα της Γκίζας επέζησε 4.500 χρόνια αιγυπτιακών σεισμών
Η Μεγάλη Πυραμίδα της Γκίζας στην Αίγυπτο έχει επιβιώσει για περισσότερα από 4.500 χρόνια. Σεισμοί έχουν επανειλημμένα συγκλονίσει την περιοχή, συμπεριλαμβανομένου του σεισμού μεγέθους 5,8 Ρίχτερ στο Κάιρο το 1992, ο οποίος απομάκρυνε μερικές από τις πέτρες του εξωτερικού περιβλήματος της πυραμίδας. Ωστόσο, το κύριο σώμα παρέμεινε ουσιαστικά άθικτο.
Πώς έχει επιβιώσει τόσο καλά; Μια νέα μελέτη των δονήσεων της πυραμίδας από τον Αιγύπτιο γεωφυσικό Άσεμ Σαλάμα και τους συναδέλφους του παρέχει πληροφορίες για την απόδοσή της κατά τη διάρκεια σεισμών και εντοπίζει ορισμένα ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά.
Αλλά θα πρέπει να είμαστε προσεκτικοί ώστε να συμπεράνουμε ότι η εντυπωσιακή μακροζωία του αποτελεί απόδειξη των γνώσεων των κατασκευαστών του στην αντισεισμική μηχανική.
Τι διαπίστωσε η έρευνα
Οι ερευνητές μέτρησαν τις δονήσεις της πυραμίδας σε συνθήκες περιβάλλοντος. Διαπίστωσαν ότι οι φυσικές συχνότητές της - οι συχνότητες στις οποίες «προτιμά» να δονείται - είναι ως επί το πλείστον μεταξύ περίπου 2,0 και 2,6 hertz (κύκλοι ανά δευτερόλεπτο). Το περιβάλλον έδαφος έχει πολύ χαμηλότερη κυρίαρχη συχνότητα, περίπου 0,6 Hz.
Κάθε δομή έχει έναν φυσικό ρυθμό. Σπρώξτε ένα παιδί σε μια κούνια την κατάλληλη στιγμή και η κίνηση θα αυξηθεί. Σπρώξτε τη λάθος στιγμή και δεν θα συμβούν πολλά.
Τα κτίρια και τα μνημεία συμπεριφέρονται παρόμοια. Εάν η σεισμική δόνηση ταιριάζει με τη φυσική συχνότητα μιας κατασκευής, η κίνηση μπορεί να ενισχυθεί. Αυτό ονομάζεται συντονισμός και μπορεί να είναι καταστροφικό.
Ένα διάγραμμα της εσωτερικής δομής της Μεγάλης Πυραμίδας. Salama et al.
Η μελέτη αναφέρει επίσης μειωμένες δονήσεις κοντά στους λεγόμενους θαλάμους ανακούφισης πάνω από τον Θάλαμο του Βασιλιά. Αυτοί οι θάλαμοι θεωρείται ότι ανακατευθύνουν το τεράστιο βάρος της πέτρας από πάνω και μπορεί επίσης να επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια των δονήσεων κινείται μέσα στην πυραμίδα.
Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν κάποια συμπεριφορά που μπορεί να είναι χρήσιμη κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, συμπεριλαμβανομένης μιας αναντιστοιχίας συχνότητας μεταξύ της πυραμίδας και του εδάφους. Αλλά από μόνα τους δεν αποδεικνύουν ότι οι άνθρωποι έχτισαν σκόπιμα την πυραμίδα για να είναι ανθεκτική στους σεισμούς.
Πώς το μέτρησαν οι ερευνητές
Η μελέτη χρησιμοποίησε μια μέθοδο που ονομάζεται ανάλυση οριζόντιας προς κάθετη φασματική αναλογία ή HVSR . Αυτή καταγράφει μικροσκοπικές κινήσεις υποβάθρου από τον άνεμο, την κυκλοφορία, την ανθρώπινη δραστηριότητα και τις φυσικές δονήσεις του εδάφους.
Συγκρίνοντας τις οριζόντιες και κάθετες συνιστώσες αυτών των κινήσεων, οι ερευνητές μπορούν να εκτιμήσουν τις κυρίαρχες συχνότητες στο έδαφος και τη δομή. Σε αυτήν την περίπτωση, όργανα τοποθετήθηκαν σε 37 θέσεις μέσα και γύρω από την πυραμίδα, συμπεριλαμβανομένων εσωτερικών περασμάτων, εξωτερικών λίθων και κοντινού εδάφους.
Άνδρας σκυμμένος σε πέτρινο θάλαμο με όργανα. Οι ερευνητές τοποθέτησαν αισθητήρες μέσα και γύρω από τη Μεγάλη Πυραμίδα για να μετρήσουν τις δονήσεις της. Από Salama et al.
Αυτό ταιριάζει σε μια ιστορική κατασκευή. Οι μηχανικοί δεν μπορούν να τρυπήσουν τη Μεγάλη Πυραμίδα, να τη φορτώσουν πειραματικά ή να τοποθετήσουν όργανα πάνω της όπως σε μια σύγχρονη γέφυρα.
Η μέθοδος παρέχει χρήσιμες πληροφορίες χωρίς να προκαλεί ζημιές. Ωστόσο, μετρά μόνο την απόκριση σε μικρές δονήσεις υποβάθρου και όχι την έντονη δόνηση ενός σεισμού.
Η σημασία της αναντιστοιχίας συχνότητας
Όταν η δόνηση από έναν σεισμό συμβαίνει σε συχνότητα που ταιριάζει με τη φυσική συχνότητα μιας κατασκευής, μπορεί να προκαλέσει συντονισμό . Ο συντονισμός μπορεί να είναι καταστροφικός.
Μια κρεμαστή γέφυρα που κατέρρευσε.Η κατάρρευση της γέφυρας Tacoma Narrows στις ΗΠΑ το 1940 αποδίδεται συχνά σε συντονισμό κατά τη διάρκεια ισχυρών ανέμων. Από Wikimedia.
Επομένως, η μετρούμενη διαφορά έχει σημασία. Εάν το έδαφος και η κατασκευή δονούνται με διαφορετικούς ρυθμούς, είναι λιγότερο πιθανό το έδαφος να τροφοδοτήσει αποτελεσματικά την κατασκευή με ενέργεια.
Αλλά αυτό εξετάζει μόνο έναν πιθανό μηχανισμό ζημιάς από σεισμό. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα κατασκευών που παρουσίασαν κακή απόδοση σε σεισμούς, παρόλο που υπήρχε αναντιστοιχία συχνότητας με το έδαφος από κάτω.
Η ανθεκτικότητα σε σεισμούς είναι πιο περίπλοκη
Ο σύγχρονος σχεδιασμός σεισμών δεν αξιολογεί την ανθεκτικότητα με βάση τη σύγκριση μίας μόνο συχνότητας.
Αντ' αυτού, εξετάζουμε μια ολόκληρη λίστα ερωτήσεων . Πόσο έντονη είναι η αναμενόμενη δόνηση; Σε τι έδαφος βρίσκεται η κατασκευή; Πόσο βαριά και εύκαμπτη είναι η κατασκευή; Μπορεί η κατασκευή να παραμορφωθεί και να διαχέει ενέργεια χωρίς ξαφνική κατάρρευση; Πόσο σοβαρή θα ήταν η αστοχία;
Η φυσική περίοδος ή ο ρυθμός της δομής (ο οποίος σχετίζεται με τη φυσική της συχνότητα) αποτελεί μέρος αυτής της αξιολόγησης. Αλλά συνυπάρχει με πολλούς άλλους παράγοντες.
Στην πράξη, οι ζημιές από σεισμό εξαρτώνται όχι μόνο από τον σεισμό αλλά και από τις κατασκευές που τον δέχονται. Για παράδειγμα, ο σεισμός του Νιούκαστλ στην Αυστραλία το 1989 δεν ήταν τεράστιος σε σχέση με τα παγκόσμια δεδομένα, αλλά πολλά κτίρια υπέστησαν κακή κατάσταση και 13 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους.
Άνθρωποι σε ένα κατεστραμμένο κτίριο.Ο σεισμός του Νιούκαστλ στην Αυστραλία το 1989 δεν ήταν τεράστιος - αλλά προκάλεσε μεγάλες ζημιές και 13 θανάτους. Αυστραλιανή Εταιρεία Σεισμικής Μηχανικής.
Για τη Μεγάλη Πυραμίδα, η συμπεριφορά της λιθοδομής είναι ιδιαίτερα σημαντική. Οι δοκιμές δονήσεων περιβάλλοντος μετρούν τη συμπεριφορά υπό πολύ μικρές κινήσεις. Κατά τη διάρκεια ισχυρών σεισμών, η τοιχοποιία μπορεί να ραγίσει, να ανοίξει τους αρμούς, να ταλαντωθεί, να γλιστρήσει και να χάσει την ακαμψία της. Κάθε ένα από αυτά αλλάζει τη φυσική περίοδο της κατασκευής, περιπλέκοντας τη συμπεριφορά.
Προσοχή στην προκατάληψη επιβίωσης
Κατά την αξιολόγηση της μακροζωίας της πυραμίδας, θα πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη την προκατάληψη επιβίωσης.
Είναι γνωστό ότι, κατά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, ο στατιστικολόγος Άμπραχαμ Γουόλντ ρωτήθηκε πού έπρεπε να προστεθεί θωράκιση στα αεροσκάφη. Η προφανής απάντηση ήταν να ενισχυθούν τα σημεία όπου τα αεροσκάφη που επέστρεφαν είχαν τις περισσότερες τρύπες από σφαίρες.
Ο Wald υποστήριξε το αντίθετο : αυτά τα αεροσκάφη είχαν επιβιώσει. Τα αεροσκάφη που δεν επέστρεψαν έλειπαν από τα δεδομένα.
Διάγραμμα ενός επιπέδου καλυμμένου με κόκκινες κουκκίδες.Αυτό το διάσημο διάγραμμα δείχνει το μοτίβο των οπών από σφαίρες σε αεροσκάφη που επέστρεφαν στον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Martin Grandjean / McGeddon (εικόνα) / Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ (έννοια πλοκής επίθεσης). Από Wikimedia.
Οι αρχαίες κατασκευές θέτουν ένα παρόμοιο πρόβλημα. Θαυμάζουμε τα αρχαία υδραγωγεία, τους ναούς και τις πυραμίδες επειδή εξακολουθούν να υπάρχουν. Οι αποτυχημένες κατασκευές, τα κακά θεμέλια, οι αδύναμες λεπτομέρειες και τα εγκαταλελειμμένα πειράματα έχουν ως επί το πλείστον εξαφανιστεί.
Αυτό δεν υποβαθμίζει τη Μεγάλη Πυραμίδα. Απλώς σημαίνει ότι η εξέταση δομών που σώζονται σήμερα δεν μας λέει τα πάντα για τις σχεδιαστικές προθέσεις πίσω από αυτές.
Τι μας διδάσκει η πυραμίδα
Η πυραμίδα μπορεί να μην έχει σχεδιαστεί σκόπιμα για να είναι ανθεκτική σε έναν σεισμό. Αλλά η επιβίωσή της δεν είναι ούτε τυχαία.
Από μηχανικής άποψης, έχει πολλά ευνοϊκά χαρακτηριστικά: ευρεία βάση, χαμηλό κέντρο μάζας, κωνικό σχήμα, συμμετρική κάτοψη, άρτια θεμέλια από ασβεστόλιθο και ογκώδη διαδρομή φορτίου από τοιχοποιία. Είναι κοντόχοντρο, άκαμπτο και με γερά θεμέλια αντί για ψηλό, λεπτό και εύκαμπτο.
Το ασφαλέστερο συμπέρασμα είναι ότι οι κατασκευαστές έκαναν εξαιρετικές εμπειρικές μηχανικές επιλογές. Αυτές οι επιλογές μπορεί να καθοδηγήθηκαν από την εμπειρία κατασκευής, την παρατήρηση, τη δομική αναγκαιότητα ή την πολιτιστική πρόθεση. Τα σεισμικά οφέλη τους μπορεί να είναι πραγματικά χωρίς να είναι ο αρχικός σκοπός.
Η επιβίωση της Μεγάλης Πυραμίδας δεν είναι μαγική και δεν αποτελεί απόδειξη αρχαίου σεισμικού σχεδιασμού. Ως απόδειξη, αυτή η μελέτη είναι σημαντική και εντυπωσιακή, αλλά ελλιπής.
Colin Caprani
Αναπληρωτής Καθηγητής, Πολιτικός Μηχανικός, Πανεπιστήμιο Monash
Scott Menegon
Επίκουρος Καθηγητής, Πολιτικός Μηχανικός και Μηχανικός Κατασκευών, Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Swinburne
https://theconversation.com/how-the-great-pyramid-of-giza-has-survived-4-500-years-of-egyptian-earthquakes-283363
.jpg)
