Древното инженерно чудо: Как Хеопсовата пирамида оцелява при земетресенията, разрушаващи съвременните сгради

Хеопсовата пирамида стои от повече от четири и половина хиляди години и през това време е преживяла десетки земетресения, включително някои много сериозни. Ново проучване за първи път обяснява какви точно конструктивни особености правят великата пирамида толкова стабилна. Отговорът няма нищо общо с мистиката, а само с физиката, геологията и гениалните инженерни решения на строителите на пирамидите.

Какви земетресения е преживяла Хеопсовата пирамида

Хеопсовата пирамида, известна още като Пирамидата на Хуфу, е построена преди около 4600-450 години като гробница на фараон с тайни помещения. Оттогава районът на Гиза е разтърсван многократно.

През 1847 г. е имало земетресение с магнитуд 6,8, което е много забележим трус. А през 1992 г. трусовете с магнитуд 5,8 с епицентър само на 35 км от Кайро разрушават или повреждат повече от 129 000 жилищни сгради, убивайки стотици хора.

Учените са открили поне две причини за устойчивостта на Хеопсовата пирамида на земетресения

В същото време самата пирамида не е сериозно повредена. По време на земетресението през 1992 г. от нея пада само един голям блок, и то въпреки факта, че хиляди съвременни сгради около нея са разрушени. За да разберат каква е тайната, египетският сеизмолог Асем Салама и египетски геофизици с колеги провеждат първото подробно изследване на вибрациите точно в пирамидата. Резултатите от изследването са публикувани в Scientific Report.

По какъв начин учените са измерили здравината на Хеопсовата пирамида

Изследователите са записали фоновите вибрации – микроскопични трептения, които постоянно преминават през всяка структура от движението на земната кора, вятъра и градския шум. Измерванията са извършени в 37 точки, вътре в камерите на пирамидата, в коридорите и в околната земя.

Повечето от измерванията във вътрешността на пирамидата, 76%, показаха честота на вибрациите в тесния диапазон от 2,0 до 2,6 херца, със средна стойност от 2,3 херца. Това означава, че механичното напрежение е разпределено много равномерно в цялата структура. За огромна структура, изградена от милиони каменни блокове, подобна равномерност е изключително висока.

Защо Хеопсовата пирамида не се срутва

Едно от ключовите открития на изследването се отнася до разликите в честотите. Вибрациите в заобикалящата почва са с честота около 0,6 херца, почти четири пъти по-ниска от тази в самата пирамида. Защо това е важно.

Представете си двама души на люлка. Ако те се люлеят в един и същи ритъм, амплитудата нараства – това е резонанс. Именно резонансът разрушава сградите при земетресение: земята вибрира с определена честота и ако сградата реагира със същата честота, вибрациите се умножават. При пирамидата това не се случва, защото честотите на пирамидата и земята са силно разделени, така че те не се разклащат взаимно. Това по естествен начин намалява риска от разрушителен резонанс.

Схема на вътрешните камери на Голямата пирамида в Гиза

Допълнителна защита осигурява твърдата варовикова скала, върху която е издигната пирамидата. Изследователите са установили, че скалната основа има ниска сеизмична уязвимост, по-просто казано, тя почти не усилва подземните трусове. Меките почви, напротив, могат да увеличат амплитудата на вибрациите в пъти, което се случи с много сгради в Кайро през 1992 г.

Защитата на пирамидите от земетресения

Друго откритие е свързано с вътрешната структура на Хеопсовата пирамида. Учените установили, че усилването на вибрациите се увеличава с изкачването към върха: колкото по-високо е точката на измерване, толкова по-силни са вибрациите. Максимумът е регистриран в Царската камера – погребална камера на височина около 49 метра.

Но това, което се случило след това, било неочаквано. Непосредствено над Царската камера се намират пет разтоварващи камери – малки кухини, отделени една от друга с масивни гранитни плочи, всяка от които тежи до 80 тона. Традиционно се смяташе, че разтоварващите камери са необходими, за да се разпредели тежестта на зидарията и да се предпази таванът на Кралската камера от срутване.

Новото изследване показа, че в тези камери усилването на вибрациите не се увеличава, а напротив – спада. Авторите на труда смятат, че кухините действат като своеобразни амортисьори подобно на небостъргачите, те потискат вибрациите и не им позволяват опасно да се натрупват в най-важната част на конструкцията. Това добавя допълнителна сеизмична устойчивост на пирамидата.

Как египтяните са се научили да строят пирамиди

За отбелязване е, че изследователите не твърдят, че египтяните специално са проектирали пирамидата, за да я предпазят от земетресения.

Строежът на пирамидите е резултат от векове на опити и грешки

Според авторите на научния труд стабилността на пирамидата е резултат по-скоро от строителни практики, разработени през вековете на експерименти, наблюдения и постоянно усъвършенстване. Египтяните са започнали с прости правоъгълни гробници, след това са преминали към стъпаловидни пирамиди като пирамидата на Джосер, експериментирали са с ъглите на наклона и не винаги успешно.

По времето, когато била издигната Хеопсовата пирамида, строителите вече имали натрупан опит от няколко века. Решенията им се оказали блестящи от сеизмологична гледна точка, макар да били продиктувани от съвсем различни съображения.

Какво могат да научат съвременните архитекти от строителите на пирамидите

Резултатите от проучването са интересни не само за египтолозите. Ето кои са триковете, които архитектите могат да научат от египетските строители:

Широка основа и пирамидална форма – центърът на тежестта е ниско, което прави конструкцията изключително устойчива на преобръщане; Разделяне на честотите на конструкцията от земята – съвременните сгради използват специални изолатори за тази цел, докато пирамидата постига същия ефект благодарение на своята маса и твърдост; Основа от твърда скала – основите върху твърда скала вместо върху мека почва свеждат до минимум усилването на сеизмичните вълни; Вътрешни кухини за потискане на вибрациите – аналог на съвременните системи за потискане на вибрациите в небостъргачите.

Разбира се, днес никой няма да построи небостъргач под формата на пирамида. Но самите принципи могат да се превърнат в основа за нови инженерни решения при изграждането на нови архитектурни шедьоври.

Това е първият научен труд, в който свойствата на Великата Хеопсова пирамида са измерени директно, а не са изчислени по модели. Това дава на учените данни, които просто не са били достъпни преди. Авторите се надяват, че по-нататъшните изследвания ще потвърдят окончателно ролята на всеки фактор и може би ще извлекат още повече инженерни поуки от древния паметник.