Μπορεί στην Ελλάδα να ασχολούμαστε με την στατικότητα των στεγάστρων Καλατράβα, εντούτοις στο εξωτερικό επιστήμονες αναζητούν απαντήσεις σχετικά με την εντυπωσιακή αντοχή κτιρίων και υποδομών της εποχής των Ρωμαίων και των Μάγια.
Στην προσπάθειά τους να χτίσουν καλύτερα κτίρια για το μέλλον, κάποιοι αναζητούν απαντήσεις στο παρελθόν για τη στατικότητα. Το σκυρόδεμα με το οποίο έχουν δομηθεί τα κτίσματα σε μεγάλο μέρος του σύγχρονου κόσμου έχει διάρκεια ζωής περίπου 50 έως 100 χρόνια.
Ένας αυξανόμενος αριθμός επιστημόνων μελετά υλικά από μακρινές εποχές -αποκόβοντας κομμάτια από κτίρια, μελετώντας ιστορικά κείμενα, αναμειγνύοντας μεθόδους- ελπίζοντας να ανακαλύψουν πώς άντεξαν για χιλιετίες τόσα πολλά αρχαία κτίσματα. Αυτή η αντίστροφη μηχανική έχει αναδείξει έναν εκπληκτικό κατάλογο συστατικών που αναμίχθηκαν σε παλιά κτίρια.
Υλικά όπως φλοιός δέντρων, ηφαιστειακή τέφρα, ρύζι, μπίρα, ακόμη και ούρα. Αυτές οι απροσδόκητες προσθήκες θα μπορούσαν να είναι το κλειδί για ορισμένες αρκετά εντυπωσιακές ιδιότητες, όπως η ικανότητα να γίνονται ισχυρότερα με την πάροδο του χρόνου και να «θεραπεύουν» τις ρωγμές όταν σχηματίζονται.
Η εύρεση τρόπου αντιγραφής αυτών των χαρακτηριστικών θα μπορούσε να έχει πραγματικές επιπτώσεις στο σήμερα. Ενώ το σύγχρονο σκυρόδεμά μας έχει τη δύναμη να συγκρατεί τεράστιους ουρανοξύστες και βαριές υποδομές, δεν μπορεί να ανταγωνιστεί την αντοχή αυτών των αρχαίων υλικών. Και με τις αυξανόμενες απειλές της κλιματικής αλλαγής, υπάρχει μια αυξανόμενη έκκληση να γίνουν οι κατασκευές πιο βιώσιμες.
Αρχαία κτίρια, οικοδομικά υλικά και κλιματική αλλαγή
Πρόσφατη έκθεση του ΟΗΕ εκτιμά ότι το δομημένο περιβάλλον ευθύνεται για περισσότερο από το ένα τρίτο των παγκόσμιων εκπομπών CO2 και μόνο η παραγωγή τσιμέντου αποτελεί περισσότερο από το 7% αυτών των εκπομπών. «Αν βελτιώσετε τις ιδιότητες του υλικού χρησιμοποιώντας παραδοσιακές συνταγές από τους Μάγια ή τους αρχαίους Κινέζους, μπορείτε να παράγετε υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις σύγχρονες κατασκευές με πολύ πιο βιώσιμο τρόπο», δήλωσε ο Κάρλος Ροντρίγκεζ-Ναβάρο, ερευνητής πολιτιστικής κληρονομιάς στο Πανεπιστήμιο της Γρανάδας στην Ισπανίας.
Είναι το αρχαίο ρωμαϊκό σκυρόδεμα καλύτερο από το σημερινό;
Πολλοί ερευνητές έχουν στραφεί στους Ρωμαίους για λειτουργική έμπνευση. Ξεκινώντας γύρω στο 200 π.Χ., οι αρχιτέκτονες της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας έχτιζαν εντυπωσιακές κατασκευές από σκυρόδεμα κι αυτές έχουν αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου. Παραδείγματα υπάρχουν πολλά, από τον πανύψηλο θόλο του Πάνθεον μέχρι τα υδραγωγεία που μεταφέρουν νερό ακόμη και σήμερα.
Ακόμα και στα λιμάνια, όπου το θαλασσινό νερό βρέχει τις κατασκευές εδώ και αιώνες, θα βρείτε σκυρόδεμα «βασικά όπως ήταν όταν χυνόταν πριν από 2.000 χρόνια», δήλωσε ο Τζον Όλεσον, αρχαιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βικτώριας στον Καναδά. Το περισσότερο σύγχρονο σκυρόδεμα ξεκινά με τσιμέντο Πόρτλαντ, μια σκόνη που παρασκευάζεται με τη θέρμανση ασβεστόλιθου και πηλού σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και τη λείανσή τους. Αυτό το τσιμέντο αναμιγνύεται με νερό για να δημιουργηθεί μια χημικά αντιδραστική μάζα. Στη συνέχεια, προστίθενται ομάδες υλικών, όπως πέτρες και χαλίκια, και η τσιμεντόπαστα τα δένει σε μια μάζα σκυροδέματος.
Σύμφωνα με αναφορές αρχαίων αρχιτεκτόνων όπως ο Βιτρούβιος, η ρωμαϊκή διαδικασία ήταν παρόμοια. Οι αρχαίοι οικοδόμοι ανακάτευαν υλικά όπως ο καμένος ασβεστόλιθος και η ηφαιστειακή άμμος με νερό και χαλίκι, δημιουργώντας χημικές αντιδράσεις για να δέσουν τα πάντα μεταξύ τους.
Ο βασικός λόγος που αντέχει ακόμα το ρωμαϊκό σκυρόδεμα
Τώρα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι βρήκαν τον βασικό λόγο για τον οποίο το ρωμαϊκό σκυρόδεμα κρατούσε τις κατασκευές για χιλιάδες χρόνια: Το αρχαίο υλικό έχει μια ασυνήθιστη δυνατότητα να αυτοεπιδιορθώνεται. Ο ακριβής τρόπος δεν είναι ακόμη ξεκάθαρος, αλλά οι επιστήμονες αρχίζουν να βρίσκουν ενδείξεις. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε νωρίτερα φέτος, ο Αντμίρ Μασίκ, πολιτικός μηχανικός και μηχανικός περιβάλλοντος στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης, υποστήριξε ότι αυτή η δύναμη προέρχεται από κομμάτια ασβέστη που είναι διάσπαρτα σε όλο το ρωμαϊκό υλικό αντί να αναμιγνύονται ομοιόμορφα. Οι ερευνητές πίστευαν ότι αυτά τα κομμάτια ήταν σημάδι ότι οι Ρωμαίοι δεν ανακάτευαν αρκετά καλά τα υλικά τους.
Αντ’ αυτού, μετά την ανάλυση δειγμάτων σκυροδέματος από το Privernum – μια αρχαία πόλη έξω από τη Ρώμη – οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι τα κομμάτια θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν τις «αυτοθεραπευτικές» ικανότητες του υλικού.
Όταν σχηματίζονται ρωγμές, το νερό είναι σε θέση να εισχωρήσει στο σκυρόδεμα, εξήγησε ο Μασίκ. Αυτό το νερό ενεργοποιεί τους εναπομείναντες θύλακες ασβέστη, πυροδοτώντας νέες χημικές αντιδράσεις που μπορούν να γεμίσουν τα κατεστραμμένα τμήματα.
Η Μαρί Τζάκσον, γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα, έχει διαφορετική άποψη. Η έρευνά της διαπίστωσε ότι το κλειδί μπορεί να βρίσκεται στα συγκεκριμένα ηφαιστειακά υλικά που χρησιμοποίησαν οι Ρωμαίοι. Οι οικοδόμοι μάζευαν ηφαιστειακά πετρώματα που είχαν απομείνει μετά από εκρήξεις για να τα αναμείξουν στο σκυρόδεμά τους. Αυτό το φυσικά αντιδραστικό υλικό αλλάζει με την πάροδο του χρόνου καθώς αλληλεπιδρά με τα άλλα στοιχεία, δήλωσε η Τζάκσον, επιτρέποντάς του να σφραγίζει τις ρωγμές που δημιουργούνται. Η ικανότητα να προσαρμόζεται συνεχώς με την πάροδο του χρόνου «είναι πραγματικά η ιδιοφυΐα του υλικού», πρόσθεσε η Τζάκσον.
Η μέθοδος των Μάγια
Στο Copan, μια τοποθεσία των Μάγια στην Ονδούρα, περίπλοκα γλυπτά και ναοί από ασβέστη παραμένουν ανέπαφα ακόμη και μετά από περισσότερα από 1.000 χρόνια έκθεσης σε ένα ζεστό, υγρό περιβάλλον. Και σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύθηκε νωρίτερα φέτος, το μυστικό της μακροζωίας αυτών των κατασκευών μπορεί να βρίσκεται στα δέντρα που φυτρώνουν ανάμεσά τους.
Οι ερευνητές συναντήθηκαν με ντόπιους μάστορες στην Ονδούρα, οι οποίοι κατάγονταν από τους οικοδόμους των Μάγια, εξήγησε ο Ροντρίγκεζ-Ναβάρο, ο οποίος εργάστηκε για τη μελέτη. Οι χτίστες πρότειναν να χρησιμοποιηθούν εκχυλίσματα από τα τοπικά δέντρα chukum και jiote στο μίγμα ασβέστη. Όταν οι ερευνητές δοκίμασαν τη συνταγή -συλλέγοντας φλοιό, βάζοντας τα κομμάτια σε νερό και προσθέτοντας τον «χυμό» των δέντρων που προέκυψε στο υλικό- διαπίστωσαν ότι ο σοβάς που προέκυψε ήταν ιδιαίτερα ανθεκτικός έναντι φυσικών και χημικών φθορών. Όταν οι επιστήμονες έκαναν μεγέθυνση, είδαν ότι κομμάτια οργανικού υλικού από το χυμό του δέντρου ενσωματώθηκαν στη μοριακή δομή του σοβά.
Με αυτόν τον τρόπο, ο σοβάς των Μάγια μπόρεσε να μιμηθεί ανθεκτικές φυσικές δομές όπως τα κοχύλια και τα αγκάθια του αχινού και να δανειστεί μέρος της σκληρότητάς τους, δήλωσε ο Ναβάρο.
Κτίσματα σε Κίνα και Ινδία
Μελέτες έχουν βρει όλα τα είδη φυσικών υλικών αναμεμειγμένα σε δομές από πολύ παλιά: εκχυλίσματα φρούτων, γάλα, τυρόπηγμα, μπύρα, ακόμη και κοπριά και ούρα. Το δε κονίαμα που συγκρατεί μερικές από τις πιο διάσημες κατασκευές της Κίνας – συμπεριλαμβανομένου του Σινικού Τείχους και της Απαγορευμένης Πόλης – περιλαμβάνει ίχνη αμύλου από κολλώδες ρύζι.
Σύμφωνα με την έρευνα της Selvaraj, στις υγρές περιοχές της Ινδίας, οι οικοδόμοι χρησιμοποιούσαν τοπικά βότανα που βοηθούν τις κατασκευές να αντιμετωπίσουν την υγρασία. Κατά μήκος των ακτών, προσέθεταν jaggery, μια ακατέργαστη ζάχαρη, η οποία μπορεί να βοηθήσει στην προστασία από τις ζημιές που προκαλεί το αλάτι. Και σε περιοχές με υψηλότερο σεισμικό κίνδυνο, χρησιμοποίησαν εξαιρετικά ελαφριά «πλωτά τούβλα» από φλούδες ρυζιού.
Μπορεί σήμερα να χρησιμοποιηθούν ίδιες μέθοδοι;
Οι σημερινοί κατασκευαστές δεν μπορούν απλώς να αντιγράψουν τις αρχαίες συνταγές. Παρόλο που το ρωμαϊκό σκυρόδεμα άντεξε πολύ καιρό, δεν μπορούσε να αντέξει βαριά φορτία. «Δεν θα μπορούσατε να χτίσετε έναν σύγχρονο ουρανοξύστη με ρωμαϊκό σκυρόδεμα», δήλωσε ο Όλεσον. «Θα κατέρρεε όταν έφτανες στον τρίτο όροφο».
Αντ’ αυτού, οι ερευνητές προσπαθούν να εκμεταλλευτούν μερικές από τις ιδιαιτερότητες του αρχαίου υλικού και να τις προσθέσουν στα σύγχρονα μίγματα. Ο Μασίκ είναι μέλος μιας νεοφυούς επιχείρησης που προσπαθεί να κατασκευάσει νέα έργα χρησιμοποιώντας ρωμαϊκής έμπνευσης, «αυτοθεραπευόμενο» σκυρόδεμα. Και η Τζάκσον συνεργάζεται με το Σώμα Μηχανικών του Στρατού για να σχεδιάσει κατασκευές από σκυρόδεμα που μπορούν να αντέξουν στο θαλασσινό νερό – όπως αυτές στα ρωμαϊκά λιμάνια – για να βοηθήσουν στην προστασία των ακτών από την άνοδο της στάθμης της θάλασσας.
