Το Curious Kids είναι μια σειρά για παιδιά όλων των ηλικιών. Εάν έχετε κάποια ερώτηση που θα θέλατε να απαντήσει ένας ειδικός, στείλτε την στη διεύθυνση curiouskidsus@theconversation.com.
Πώς κατασκευάζετε πράγματα όπως τούνελ και γέφυρες υποβρύχια; – Ελένη, 10 ετών, Somerville, Μασαχουσέτη
Ως παιδί, ανακάλυψα ένα κόμικ των Calvin and Hobbes που μου έδωσε μια έντονη ερώτηση: Πώς ξέρουν ποιο είναι το όριο φορτίου των γεφυρών; Ο πατέρας του Κάλβιν του απαντά (λανθασμένα): «Περνούν από πάνω με όλο και μεγαλύτερα φορτηγά μέχρι να σπάσει η γέφυρα. Μετά ζυγίζουν το τελευταίο φορτηγό και ξαναφτιάχνουν τη γέφυρα».
Μερικές δεκαετίες μετά, είμαι γεωτεχνικός μηχανικός. Αυτό σημαίνει ότι εργάζομαι σε όλα τα κατασκευαστικά έργα που αφορούν χώμα. Τώρα ξέρω τις πραγματικές απαντήσεις στις ερωτήσεις που κάνουν οι άνθρωποι σχετικά με τις υποδομές. Συχνά, όπως ο πατέρας του Calvin, σκέφτονται από λάθος οπτική γωνία. Οι μηχανικοί συνήθως δεν καθορίζουν το όριο φορτίου μιας γέφυρας, αλλά μάλλον κατασκευάζουν τη γέφυρα για να υποστηρίξουν το αναμενόμενο φορτίο.
Το ίδιο ισχύει και για μια άλλη ερώτηση που ακούω κατά καιρούς: Πώς οι μηχανικοί κατασκευάζουν πράγματα κάτω από το νερό; Συνήθως δεν κατασκευάζουν πράγματα κάτω από το νερό – αντίθετα, κατασκευάζουν πράγματα που καταλήγουν κάτω από το νερό. Αυτό εννοώ με αυτό.
Κτίριο υπόγεια, κάτω από το νερό
Μερικές φορές χτίζετε κάτω από το νερό, στην πραγματικότητα υπόγεια. Δεν πρόκειται για το νερό που βλέπετε στην επιφάνεια, αλλά για το τι περιβάλλει την πραγματική δομή που χτίζετε.
Εάν το κτιριακό σας έργο περιβάλλεται από βράχο ή χώμα, αναφέρεται γενικά ως υπόγεια κατασκευή – ακόμα κι αν υπάρχει ένα στρώμα νερού πάνω από αυτό και τίποτα άλλο δεν φαίνεται από ψηλά.
Κατά τη διάρκεια της υπόγειας εξόρυξης, συνήθως χρησιμοποιούνται ισχυρά μηχανήματα διάνοιξης σήραγγας για την απευθείας εκσκαφή του εδάφους. Αυτό το μηχάνημα ονομάζεται συχνά τυφλοπόντικας για καλό λόγο. Όπως το ζώο, σκάβει ένα τούνελ παρόμοιο με ένα λαγούμι σκάβοντας οριζόντια μέσα στο έδαφος και αφαιρώντας το ανασκαμμένο υλικό από πίσω του. Αυτή η μέθοδος, όταν χρησιμοποιείται προσεκτικά, μπορεί να κατασκευάσει με επιτυχία μια σήραγγα μέσω του εδάφους κάτω από ένα υδάτινο σώμα, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να επενδυθεί και να ενισχυθεί.
Για παράδειγμα, μηχανικοί χρησιμοποίησαν αυτή τη μέθοδο για να κατασκευάσουν το Chunnel, μια σιδηροδρομική σήραγγα κάτω από τη Μάγχη που συνδέει την Αγγλία και τη Γαλλία.
Αν και τα σύγχρονα μηχανήματα είναι αρκετά προηγμένα, αυτή η μέθοδος κατασκευής ξεκίνησε πριν από περίπου 200 χρόνια με την ασπίδα της σήραγγας. Αρχικά επρόκειτο για προσωρινές υποστηρικτικές κατασκευές που παρείχαν στους εργαζομένους έναν ασφαλή χώρο για τις εργασίες εκσκαφής τους. Καθώς η σήραγγα μεγάλωνε, νέες προσωρινές κατασκευές χτίστηκαν βαθύτερα. Καθώς τα σχέδια βελτιώθηκαν με την εμπειρία, οι ασπίδες κατασκευάστηκαν για να είναι κινητές και τελικά εξελίχθηκαν στη σύγχρονη μηχανή διάνοιξης σήραγγας.
Χτίζοντας σε ξηρό έδαφος πριν μετακομίσετε
Ορισμένες κατασκευές θα περιβάλλονται τελικά από νερό και θα στηρίζονται σε έναν πυθμένα ποταμού ή ωκεανού. Ευτυχώς, οι μηχανικοί έχουν μερικά κόλπα στα μανίκια τους για την κατασκευή γεφυρών και σηράγγων με εξαρτήματα σε άμεση επαφή με το νερό.
Οι υπόγειες κατασκευές είναι επικίνδυνες και δύσκολα προσβάσιμες. Η ενασχόληση με το νερό φέρνει πρόσθετες προκλήσεις. Ενώ το χώμα και ο βράχος μπορούν να παραμεριστούν για να δημιουργήσουν ένα σταθερό άνοιγμα, το νερό θα εισρέει πάντα για να καλύψει οποιοδήποτε κενό και πρέπει να αντλείται συνεχώς.
Οι άνθρωποι, τα υλικά και οι μηχανές δεν λειτουργούν πραγματικά καλά ούτε κάτω από το νερό. Οι άνθρωποι χρειάζονται συνεχή παροχή αέρα. Η σκυροδέτηση είναι δύσκολη υποβρύχια και ορισμένα υλικά λειτουργούν μόνο στην ξηρά. Και επειδή οι κινητήρες αερίου βασίζονται στον αέρα για να λειτουργήσουν, ο υποβρύχιος εξοπλισμός είναι πολύ περιορισμένος.
Ορισμένες μικρότερες εργασίες – ευθυγράμμιση και σύνδεση προκατασκευασμένων τμημάτων σήραγγας ή έλεγχος ότι τίποτα δεν έχει καταστραφεί από βύθιση – θα γίνουν υποβρύχια, αλλά η πλειονότητα των κατασκευαστικών εργασιών μάλλον δεν θα γίνει. Μόλις τοποθετηθεί η κατασκευή, πραγματοποιείται συνεχής υποβρύχια παρακολούθηση και αξιολόγηση.
Δεδομένου ότι είναι θεμελιωδώς αδύνατο να χτίσετε υποβρύχια, υπάρχουν δύο επιλογές: είτε να χτίσετε σε εξωτερικούς χώρους και στη συνέχεια να μετακινήσετε το κτίριο κάτω από το νερό, είτε να μετατρέψετε προσωρινά την υποβρύχια τοποθεσία σε ξηρή τοποθεσία.
Στην πρώτη επιλογή, οι εργαζόμενοι συνήθως κατασκευάζουν τμήματα της κατασκευής σε ξηρά γη και στη συνέχεια τα βυθίζουν στη θέση τους. Η σήραγγα Ted Williams στη Βοστώνη, για παράδειγμα, κατασκευάστηκε τμηματικά σε ένα ναυπηγείο. Εργάτες εκβάθυνσαν το μελλοντικό μονοπάτι της σήραγγας στο λιμάνι της Βοστώνης, καθαρίζοντας λάσπη και άλλα συντρίμμια από το μονοπάτι. Στη συνέχεια τοποθέτησαν τα σφραγισμένα τμήματα κατά μήκος της προετοιμασμένης τάφρου. Αφού συνδεθούν τα τμήματα, άνοιξαν τα άκρα των τμημάτων για να δημιουργήσουν έναν μακρύ, συνεχή σωλήνα. Τελικά το τούνελ καλύφθηκε με χώμα και πέτρες. Πολύ λίγο από τις κατασκευαστικές εργασίες έγιναν στην πραγματικότητα υποβρύχια.
Σε άλλες περιπτώσεις, όπως σε ρηχά νερά, οι κατασκευαστές μπορεί να μπορούν να χτίζουν απευθείας από την επιφάνεια. Για παράδειγμα, οι εργαζόμενοι μπορούν να οδηγήσουν τους τοίχους αντιστήριξης από λαμαρίνα στο έδαφος απευθείας από μια φορτηγίδα χωρίς να χρειάζεται να εκτρέψουν το νερό.
Προσωρινή απομάκρυνση του νερού
Η δεύτερη επιλογή είναι να εξαλειφθεί πλήρως το υποβρύχιο πρόβλημα.
Αν και είναι δύσκολο να δημιουργηθεί ένα ξηρό σημείο στον πυθμένα ενός υδάτινου όγκου, αυτή η μέθοδος έχει μακρά ιστορία. Αφού ηγήθηκε της λεηλασίας της Ρώμης το 410 μ.Χ., ο βασιλιάς των Βησιγότθων Αλάριχος πέθανε στο δρόμο για το σπίτι. Για να προστατεύσουν την υπέροχη ταφή του από τους ταφικούς ληστές, οι άνθρωποι του Αλάρικ παρέσυραν προσωρινά ένα τοπικό ποτάμι για να τον θάψουν και τα λάφυρά του στην κοίτη του ποταμού πριν επιτρέψουν στο ποτάμι να ξαναρέει.
Σήμερα, ένα τέτοιο έργο θα χρησιμοποιούσε ένα φράγμα: ένα προσωρινό, υδατοστεγές περίβλημα που μπορεί να αντληθεί στεγνό για να δημιουργήσει ένα ανοιχτό και ασφαλές εργοτάξιο. Μόλις η περιοχή κλείσει και το νερό έχει αντληθεί, μπορεί να ξεκινήσει η κανονική κατασκευή.
Η χρήση κασονιού είναι ένας άλλος τρόπος για να δημιουργήσετε μια ξηρή περιοχή σε ένα εργοτάξιο που είναι συνήθως υποβρύχιο. Ένα κασόνι είναι συνήθως μια προκατασκευασμένη και στεγανή κατασκευή σε σχήμα ανάποδου κυπέλλου που κατεβάζεται στο νερό από ένα πλήρωμα. Τα κρατάτε υπό πίεση για να διασφαλίσετε ότι δεν μπαίνει νερό. Όταν το κιβώτιο βρίσκεται στο κάτω μέρος του υδάτινου όγκου, η πίεση του αέρα και οι αντλίες διατηρούν την τοποθεσία στεγνή και επιτρέπουν στους εργάτες να χτίσουν μέσα. Το κισσόνι γίνεται μέρος της τελικής δομής.
Οι προβλήτες της Γέφυρας του Μπρούκλιν κατασκευάστηκαν με κιβώτια. Αν και τα κιβώτια ήταν κατασκευαστικά ασφαλή, πολλοί εργαζόμενοι υπέφεραν από τη διαφορά πίεσης, συμπεριλαμβανομένου του αρχιμηχανικού Washington Roebling. Αρρώστησε από ασθένεια caisson – πιο γνωστή ως ασθένεια αποσυμπίεσης – και έπρεπε να παραιτηθεί.
Η κατασκευή υποβρύχια είναι μια περίπλοκη και δύσκολη εργασία, αλλά οι μηχανικοί έχουν αναπτύξει διάφορους τρόπους για να κατασκευάζουν υποβρύχια…συχνά μη χτίζοντας καθόλου υποβρύχια.
Γεια σας, περίεργα παιδιά! Έχετε κάποια ερώτηση που θα θέλατε να σας απαντήσει κάποιος ειδικός; Ζητήστε από έναν ενήλικα να στείλει την ερώτησή σας στο CuriousKidsUS@theconversation.com. Πείτε μας το όνομά σας, την ηλικία σας και την πόλη στην οποία ζείτε.
Και δεδομένου ότι η περιέργεια δεν έχει όριο ηλικίας – μπορούν επίσης να συμμετάσχουν και οι ενήλικες. Πείτε μας τι σας ενδιαφέρει. Δεν μπορούμε να απαντήσουμε σε κάθε ερώτηση, αλλά θα κάνουμε το καλύτερο δυνατό.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας.
Συγγραφέας: Ari Perez, Πανεπιστήμιο Quinnipiac.
Διαβάστε περισσότερα:
Ο Ari Perez δεν εργάζεται, δεν συμβουλεύεται, δεν κατέχει μετοχές ή δεν λαμβάνει μετοχές από οποιαδήποτε εταιρεία ή οργανισμό που θα επωφεληθεί από αυτό το άρθρο καμία τέτοια εταιρεία ή οργανισμό και δεν έχει αποκαλύψει σχετικές σχέσεις πέρα από την ακαδημαϊκή του απασχόληση.