Egipskie piramidy były drapaczami chmur swoich czasów - i stały od 5000 lat. Czy współczesne drapacze chmur będą w stanie powtórzyć taki wyczyn? Pierwsze pęknięcia pojawiły się w kwietniu. Do 29 czerwca 1995 r. Na suficie piątego piętra jednego z najbardziej ruchliwych domów towarowych w Seulu powstała duża sieć pęknięć. Kilka godzin później z dachu dobiegły głośne huki. Pęknięcia rosły.
Zwołano nadzwyczajne posiedzenie rady, ale przewodniczący stanowczo odmówił ewakuacji, powołując się na utracone zyski. Następnie opuścił budynek.
O piątej wieczorem sufit piątego piętra zaczął się kruszyć. Zakupy trwały jak zwykle, aż po prawie godzinę później zabrzmiał alarm. Ale było za późno. Najpierw zawalił się dach, a następnie podniesiono główne filary nośne budynku, w wyniku czego całe południowe skrzydło budynku zapadło się do piwnicy. 1500 osób zostało uwięzionych - w tym pasierbica prezesa - a 502 nigdy z tego nie wyszło.
Upadek domu towarowego Samsunga jest przykładem tego, jak kruche mogą być nowoczesne konstrukcje. Nawet przy zastosowaniu najnowszych materiałów, sprzętu i zaawansowanej wiedzy z zakresu fizyki budynek ten nie trwał pięć lat, nie mówiąc już o 5000.
Tymczasem egipskie piramidy gromadziły przez wiele tysiącleci rzesze widzów. Trzęsienia ziemi, erozja, wandalizm - piramidy przetrwały nawet upadek cywilizacji i przemianę Sahary z bujnego pastwiska w dzisiejszą ogromną pustynię.
Wielka Piramida w Gizie - zbudowana w 2540 roku pne - jest niezrównana pod względem materiałów, projektu i inżynierii, zarówno przed, jak i po budynkach. Starożytni greccy turyści przeszli tysiące kilometrów, aby spojrzeć na jego bloki, wypolerowane do punktu, w którym opisywano, że świecą; nazwiska podróżników można znaleźć do dziś wyryte w ścianach piramidy.
Kleopatra mieszkała bliżej najwyższego budynku na świecie - Burdż Chalifa - niż tego monumentalnego grobowca. Kiedy wyginęły ostatnie mamuty, miała już 1000 lat.
Film promocyjny:
Piramida w Gizie była wówczas wieżowcem, przewyższającym wszelkie budowle na świecie, aż w końcu około 700 lat temu zbudowano katedrę w Lincoln. „Starożytni Egipcjanie stworzyli - nienawidzę tego mówić - platformę startową dla zmarłych, aby podróżowali do słońca i gwiazd” - mówi Donald Redford, który badał piramidy od czterdziestu lat.
Przenieśmy się do 2016 roku, w którym już zakryliśmy niebo drapaczami chmur, wieżami zegarowymi i 20-piętrowymi robotami, a planujemy zbudować budynek wysoki na półtora kilometra. Chociaż nie wiadomo jeszcze, czy w ogóle da się go zbudować. Wkraczamy w erę drapaczy chmur, ponieważ coraz więcej osób podróżuje ze wsi do zatłoczonych miast.
Budynki te muszą wytrzymać ogromne siły, aby pozostać w pozycji pionowej, w tym ciągłe uderzenia pioruna i wiatry wiejące z prędkością 150 km / h - nie wspominając o stałym wpływie grawitacji. W niektórych obszarach do tej listy można dodać potężne trzęsienia ziemi. Jaki jest sekret piramid? Czy współczesne drapacze chmur mogą je przetrwać?
W rzeczywistości imponujący wiek piramid nie jest dziełem przypadku. Starożytni Egipcjanie wierzyli, że życie po śmierci będzie wieczne, i dołożyli wszelkich starań, aby dobrze zachować także ich groby. Projekt piramid zmieniał się przez tysiące lat, gdy ich konstruktorzy eksperymentowali z materiałami i architekturą odpowiadającymi ich ambicjom.
„Zawsze mówili, że to budynek„ na wieczność”,„ na wieki wieków”- te zwroty były stale w ich słowniku” - mówi Redford, obecnie na Penn State University. Byli tak pewni swoich umiejętności, że „miliony i miliony lat” znalazły się w nazwach wielu piramid.
Mimo wszystkich prób i przesady Egipcjanie nie wiedzieli dokładnie, co robią, a to było bardziej ich zaletą niż wadą. Aby wypełnić luki w zrozumieniu praw fizyki, pierwsze piramidy zostały zbudowane z uwzględnieniem wszystkich możliwych fortyfikacji. Wiedzieli o filarach, ale nie wiedzieli, że mogą podtrzymać dach. Dlatego na wszelki wypadek dodano dodatkowe ściany.
Innym wyjaśnieniem jest jego ogromny rozmiar. Weźmy Wielką Piramidę, która jest bardziej górą stworzoną przez człowieka niż budynkiem zbudowanym z prawie sześciu milionów ton litej skały. Pięć tysięcy lat to nonsens, biorąc pod uwagę, że wapień tworzący bloki piramid znajduje się w ziemi od około 50 milionów lat.
Dla porównania, nowoczesne wieżowce są wydajnie lekkie i inteligentne. Do zbudowania Burdżu, który jest sześć razy wyższy od Wielkiej Piramidy, potrzeba było zaledwie 110 000 ton betonu i 39 000 ton stali. „Zaprojektowali budynki, które będą trwać wiecznie - dziś nie jest to priorytet. Projektujemy praktyczne budynki do zamieszkania”- mówi Roma Agrawal, inżynier budownictwa lądowego pracujący przy budynku Shard w Londynie.
Podobnie jak pierwsze piramidy, najwcześniejsza generacja drapaczy chmur może być najbardziej niezawodna. Kiedy w 1945 roku samolot B-52 uderzył w Empire State Building, budynek został ponownie otwarty kilka dni później. „Na początku XX wieku wszystko było obliczane ręcznie, więc inżynierowie na wszelki wypadek dodali dodatkową stal” - mówi Agrawal. Chociaż Empire State Building jest o połowę mniejszy od Burj, waży dwie trzecie więcej.
Oprócz wszystkich typowych zagrożeń budynek w chmurach ma swój własny ciężar. Aby przetrwać do 7000 roku ne - to znaczy żyć tak długo, jak żyły piramidy - drapacze chmur muszą walczyć z deszczem, wiatrem i burzami przez tysiące lat.
„Wiatr jest szczególnym problemem w przypadku wysokich budynków” - mówi Bill Baker, inżynier projektant firmy Burj. Kiedy wiatr pędzi obok opływowego obiektu, takiego jak drzewo lub latarnia, wiruje w jeden zorganizowany podmuch, który okrąża obiekt najpierw w lewo, potem z powrotem w prawo, potem znowu w lewo, a obiekt kołysze się z powodu zmiany kierunków wiatru. Przy silnym wietrze Burj może wychylać się do półtora metra w każdym kierunku.
Problem w tym, że im wyżej, tym szybszy wiatr. Aby nie dopuścić do upadku drapaczy chmur - a ludzi na górze, aby pozbyć się choroby morskiej - inżynierowie projektują budynki o nieregularnych kształtach, które blokują wiatr i niszczą jego organizację. Z architektonicznego punktu widzenia budynek może wydawać się nieco zbyt fantazyjny, ale charakterystyczne ząbkowane profile Burj i Shard są bardziej dla bezpieczeństwa niż piękna.
Nawet huragan nimi nie wstrząśnie. „Jeśli jest to normalny budynek, musi być w stanie wytrzymać huragan, który zdarza się raz na 700 lat” - mówi Baker. Ważne budynki, takie jak Burj Khalifa, będą w stanie poradzić sobie ze zdarzeniami, które mają miejsce raz na kilka tysiącleci.
Jest też błyskawica. Zjednoczone Emiraty Arabskie, w których znajduje się Burj, doświadczają około 10 burz rocznie. Pojedyncze uderzenie pioruna o wartości miliardów woltów może być tak silne, jak reaktor jądrowy. „Byłem w Dubaju podczas burzy, a Burj jest jak piorunochron dla całego miasta - piorun uderza w niego co minutę” - mówi Baker.
Na szczęście jest rozwiązanie. Podczas budowy stalowa powłoka budynku jest ze sobą związana - każdy pręt stalowy, każda rama okienna - aż do podstawy. I działa jak gigantyczna klatka Faradaya, obudowa ochronna podobna do drucianej siatki w kuchenkach mikrofalowych, która chroni zawartość, ograniczając ją przed elektrycznością. „Rozmawiałem z załogami roboczymi po szczególnie silnej burzy i nie zauważyli żadnych uszkodzeń” - mówi Baker.
Nawet podczas trzęsień ziemi drapacze chmur zachowują się wyjątkowo dobrze. Im szybciej tchórzy, tym lepiej. Chodzi o coś takiego jak rezonans. Jeśli ziemia trzęsie się z częstotliwością odpowiadającą prędkości kołysania się budynku, to prawdopodobnie będzie się kołysać coraz szybciej, aż się zawali. „Wąskie budynki będą się kołysać w przód iw tył - 11 sekund dla Burj - więc będą się przesuwać, ale nie zawalą” - mówi Baker.
Ale nie jest to całkowicie niezawodne: tak jak wielokrotnie zrywamy spinacze, zginając je i nieuginając wielokrotnie, jeśli zbyt często obijamy stal, pęknie.
O wiele bardziej niebezpieczna jest woda.
W latach trzydziestych XX wieku 96 ze 100 najwyższych budynków na świecie wykonano ze stali. Obecnie większość budynków miejskich jest zbudowana z betonu zbrojonego stalą (żelbet), który łączy w sobie wytrzymałość na rozciąganie (odporność na rozciąganie) metalu i wytrzymałość na ściskanie (odporność na zgniatanie) kamienia.
Beton zbrojony przechowywany w suchym miejscu jest niesamowitym materiałem, który może trwać wiecznie. Ale na obszarach o wysokim poziomie osadu słabe kwasy w wodzie powoli reagują z wapieniem w cemencie i go przenoszą - w budynku pojawiają się stalowe rdzy i dziury.
„To, że piramidy znajdują się w suchym środowisku, jest niezwykle ważne” - mówi Michelle Barsum, materiałoznawca z Drexel University w Filadelfii. Nawet na wyschniętej słońcem Saharze pierwsze piramidy uległy zniszczeniu przez wodę.
Przez wiele lat wierzono, że Egipcjanie w końcu to rozgryźli i nauczyli się ciąć bloki z mocniejszym dopasowaniem, ale jak dokładnie pozostało tajemnicą. Potem, na początku XXI wieku, ktoś w końcu wpadł na pomysł zbadania skał pod mikroskopem o wysokiej rozdzielczości. To był Michel Barsum i zauważył, że te skały nie były naturalnym wapieniem, ale raczej zostały uformowane z wczesnej formy cementu.
Jako znawca ceramiki - Barsum nigdy nie studiował piramid - nie mógł oprzeć się kuszącej perspektywie dowiedzenia się na pewno. Głęboko w starożytnych blokach znalazł wymowne wskazówki: mikroskopijne glony, okrzemki, których twarda skorupa została częściowo zniszczona przez alkaliczny cement. „Około 90% piramidy wykonano z rzeźbionego kamienia, reszta jest odlana” - mówi Barsum.
Egipcjanie wytwarzali kamienie z czterech głównych składników: wapienia, wapna, wody i błota. Reagują ze sobą, tworząc chemiczny klej. Co najważniejsze, w miarę starzenia się kleju, wraca on do pierwotnego stanu komponentów, przekształcając cement z powrotem w kamień. „Pachnie i wygląda jak naturalny wapień” - mówi Barsum.
Ale jeśli główna betonowa skorupa wieżowca jest stosunkowo mocna, los znajdujących się w niej okien jest mniej przejrzysty. Szkło waży jak granit i ma sztywność aluminium; do zmiażdżenia centymetra sześciennego potrzeba 10 ton nacisku. Nawet morze wymaga 50 lat szlifowania, aby zmienić szkło w kolorowe, gładkie kamyki na plaży. A jednak szkło nie jest idealne. Może pęknąć samoistnie. Nikt nie wie dlaczego.
Nawet z podwójną warstwą szkła, jeśli nie jest konserwowana, większość okien nie wytrzyma długo. „Szkło nie jest szczególnie narażone na wpływ środowiska, ale z powodu wibracji wiatru, burz i innych czynników w końcu pęka” - mówi Konstantinos Tsavdaridis, materiałoznawca z Uniwersytetu w Leeds.
Wreszcie, czy szkło w końcu spłynie do dolnej części ramy? Pomysł ten opiera się na fakcie, że średniowieczne okna były zwykle grubsze u dołu, a szkło jest w rzeczywistości niezwykle lepką cieczą: i przez setki lat szkło może spływać do dolnej części ramy.
W 1998 roku ta popularna idea została energicznie obalona przez grupę fizyków, którzy obliczyli, że zajmie trochę czasu „znacznie dłużej niż wiek wszechświata”, aby jakakolwiek zauważalna zmiana w szkle nastąpiła w temperaturze pokojowej. Nierówna grubość starożytnego szkła była całkowicie przypadkowa - nawet szkło kilkaset lat temu nie było takie łatwe.
Czy więc współczesne drapacze chmur mogą powodować strach przed czasem?
Bill Baker uważa, że tak. „Materiały budowlane są obecnie całkiem dobre. Z wyjątkiem tych chwil, kiedy zawodzą i jeśli są wspierane”.
Agrawal zgadza się. „Jeśli się nimi zajmiesz, czemu nie”.
Według Konstantinosa konstrukcje betonowe będą trwać dłużej, ponieważ rdza, która tworzy się w żelbecie, zabija go. Ale Redford wątpi, że nasze budynki wytrzymają wystarczająco długo. W końcu są to struktury funkcjonalne, które po prostu wykonują swoją pracę. Łatwiej będzie je rzucić. Większość drapaczy chmur zostanie zburzona, zanim upadną. W końcu Wielka Piramida nie była jedynym niesamowitym budynkiem 4500 lat temu.
Mówi się, że tak zwany Labirynt był jeszcze bardziej niezwykły. „Kiedy zobaczył go grecki historyk Herodot, sapnął. Nie potrafił opisać rozmiaru i wagi największych bloków, które weszły do budynku”- mówi Redford. Dziś takiego budynku nie znajdziesz. Labirynt został splądrowany, a z jego cegieł wzniesiono inne budynki. Jeśli spacerujesz ulicami starego Kairu i studiujesz fundamenty starych budynków, czasami możesz znaleźć napisy hieroglificzne z tego samego budynku.
Jeśli nie zburzymy drapaczy chmur np. W Nowym Jorku i nie zawalą się, to przy obecnym tempie budowy o 7000 powstanie 10 000 budynków powyżej 160 metrów wysokości. Może będziemy mieli z czego być dumni. Dlaczego jesteśmy gorsi niż starożytni Egipcjanie?
ILYA KHEL