|
Как Великая пирамида пережила землетрясения
|
|
|
|
Великая пирамида в Гизе в Египте пережила более 4500 лет. Землетрясения неоднократно сотрясали регион, в том числе землетрясение в Каире магнитудой 5,8 в 1992 году, в результате которого были смещены некоторые камни внешней облицовки пирамиды. Однако основной корпус остался практически нетронутым.
|
|
|
|
Как ей удалось так хорошо сохраниться? Новое исследование вибраций пирамиды, проведенное египетским геофизиком Асем Саламой и его коллегами, дает представление о ее работе во время землетрясений и выявляет некоторые интересные особенности. Результаты опубликованы в Scientific Reports.
|
|
|
|
Но мы должны быть осторожны, чтобы не прийти к выводу, что его впечатляющая долговечность является доказательством знаний его строителей в области сейсмостойкого строительства.
|
|
Что показало исследование
|
|
|
|
Исследователи измерили колебания пирамиды в условиях окружающей среды. Они обнаружили, что ее собственные частоты — частоты, на которых она "предпочитает" вибрировать, — в основном составляют от 2,0 до 2,6 Герц (циклов в секунду). Окружающая почва имеет гораздо более низкую доминирующую частоту, около 0,6 Гц.
|
|
|
|
Каждое строение имеет свой естественный ритм. Если подтолкнуть ребенка на качелях в нужный момент, движение усилится; если толкнуть в неподходящий момент, мало что произойдет.
|
|
|
|
|
|
|
Здания и памятники ведут себя аналогично. Если колебания при землетрясении соответствуют естественной частоте строения, движение может усиливаться. Это называется резонансом и может привести к катастрофическим последствиям.
|
|
|
|
В исследовании также сообщается о снижении вибраций вблизи так называемых камер разгрузки над камерой короля. Считается, что эти камеры перенаправляют огромный вес камня сверху, а также могут влиять на то, как энергия вибрации проходит через пирамиду.
|
|
|
|
Эти данные указывают на некоторые особенности поведения, которые могут быть полезны во время землетрясения, включая несоответствие частот между пирамидой и грунтом. Но сами по себе они не доказывают, что люди намеренно построили пирамиду, чтобы она была устойчивой к землетрясениям.
|
|
Как исследователи измеряли это
|
|
|
|
В исследовании использовался метод, называемый анализом спектрального отношения по горизонтали к вертикали, или HVSR. Он регистрирует незначительные фоновые колебания, связанные с ветром, движением транспорта, деятельностью человека и естественной вибрацией грунта.
|
|
|
|
Сравнивая горизонтальную и вертикальную составляющие этих движений, исследователи могут оценить доминирующие частоты в почве и структуре. В данном случае приборы были размещены в 37 местах внутри пирамиды и вокруг нее, включая внутренние проходы, внешние камни и близлежащую почву.
|
|
|
|
Это соответствует историческому наследию. Инженеры не могут просверлить отверстие в Великой пирамиде, подвергнуть ее экспериментальной нагрузке или установить на ней приборы, как на современном мосту.
|
|
|
|
Этот метод позволяет получить полезную информацию без ущерба для окружающей среды. Однако он измеряет реакцию только на небольшие фоновые вибрации, а не на сильное сотрясение во время землетрясения.
|
|
Важно учитывать несоответствие частот
|
|
|
|
Когда сотрясение от землетрясения происходит с частотой, соответствующей собственной частоте конструкции, это может вызвать резонанс.
|
|
|
|
Таким образом, разница в измерениях имеет значение. Если земля и конструкция вибрируют с разной частотой, вероятность того, что земля будет эффективно подавать энергию в конструкцию, снижается.
|
|
|
|
Но это касается только одного возможного механизма разрушения при землетрясении. Существует множество примеров того, как конструкции плохо реагировали на землетрясения, даже несмотря на несоответствие частоты землетрясений грунту под ними.
|
|
|
|
При современном проектировании сейсмостойкости не оценивают на основе одного сравнения частот.
|
|
|
|
Вместо этого мы рассматриваем целый список вопросов. Насколько сильным будет ожидаемое сотрясение? На каком грунте находится конструкция? Насколько она тяжелая и гибкая? Может ли конструкция деформироваться и рассеивать энергию без внезапного обрушения? Насколько серьезным может быть разрушение?
|
|
|
|
Естественный период или ритм строения (который связан с его естественной частотой) является частью этой оценки. Но он находится в одном ряду со многими другими факторами.
|
|
|
|
На практике ущерб от землетрясения зависит не только от самого землетрясения, но и от структур, которые его воспринимают. Например, землетрясение в Ньюкасле в Австралии в 1989 году не было сильным по мировым меркам, но многие здания сильно пострадали, и погибло 13 человек.
|
|
|
|
Для Великой пирамиды особенно важно поведение каменной кладки. При испытаниях на вибрацию измеряется поведение каменной кладки при очень незначительных колебаниях. Во время сильных землетрясений каменная кладка может треснуть, открыть стыки, качнуться, соскользнуть и потерять жесткость. Каждый из этих факторов изменяет естественный период строения, усложняя его поведение.
|
|
Остерегайтесь предвзятого отношения к выживанию
|
|
|
|
Оценивая долговечность пирамиды, мы также должны учитывать предвзятое отношение к выживанию.
|
|
|
|
Как известно, во время Второй мировой войны статистика Абрахама Уолда спросили, какую броню следует добавить к самолетам. Очевидным ответом было укрепить те места, где возвращающиеся самолеты имели больше всего пробоин от пуль.
|
|
|
|
Уолд утверждал обратное: эти самолеты уцелели. Самолеты, которые не вернулись, отсутствовали в данных.
|
|
|
|
Древние сооружения создают аналогичную проблему. Мы восхищаемся древними акведуками, храмами и пирамидами, потому что они все еще здесь. Разрушенные сооружения, слабые фундаменты, слабые детали и заброшенные эксперименты в основном исчезли.
|
|
|
|
Это не умаляет величия Великой пирамиды. Это просто означает, что, глядя на сохранившиеся до наших дней сооружения, мы не можем сказать всего о замыслах, стоящих за ними.
|
|
Чему нас учит пирамида?
|
|
|
|
Пирамида, возможно, не была специально спроектирована таким образом, чтобы противостоять землетрясениям. Но его выживание также не является случайностью.
|
|
|
|
С инженерной точки зрения, у него много преимуществ: широкое основание, низкий центр тяжести, сужающаяся форма, симметричный план, грамотный фундамент из известняка и массивная каменная кладка. Он скорее приземистый, жесткий и прочно стоящий, чем высокий, тонкий и гибкий.
|
|
|
|
Самый надежный вывод заключается в том, что строители сделали отличный инженерный выбор на основе эмпирических данных. Этот выбор мог быть обусловлен опытом строительства, наблюдениями, конструктивными потребностями или культурными предпочтениями. Их сейсмические преимущества могут быть реальными, но не являться первоначальной целью.
|
|
|
|
То, что Великая пирамида сохранилась, - не чудо, и это не доказательство древнего сейсмического проекта. В качестве доказательства это исследование является важным и впечатляющим, но неполным.
|
|
|
|
Источник
|
