Ο πύργος του Άιφελ «μεγαλώνει» το καλοκαίρι - Πού οφείλεται αυτό

Αυτό που σήμερα γνωρίζουμε ως «Πύργο του Άιφελ», αρχικά ονομάστηκε Tour de 300 mètres, ο πύργος των 300 μέτρων. Το όνομα προτάθηκε από τους μηχανικούς Maurice Koechlin και Émile Nougier στον Gustave Eiffel, ο οποίος επέβλεψε την κατασκευή του πύργου. Υποδήλωνε την επιθυμία να κατασκευαστεί κάτι εξαιρετικό, ένα τεχνολογικό επίτευγμα που θα έθετε ένα νέο ρεκόρ ύψους.

Ωστόσο, καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, ο Πύργος του Άιφελ γίνεται ακόμη ψηλότερος από τον αρχικό του σχεδιασμό.

Ο Πύργος του Άιφελ χτίστηκε στην Παγκόσμια Έκθεση του 1889 για να τιμήσει την εκατονταετία της Γαλλικής Επανάστασης.

Όπως σημειώνει το Conversation, ο Άιφελ επέλεξε για την κατασκευή του χυτοσίδηρο, ένα υλικό που γνώριζε καλά και είχε χρησιμοποιήσει σε προηγούμενα έργα με καλά αποτελέσματα. Αυτό το σιδηρούχο υλικό μπορεί να αντέξει υψηλά επίπεδα πίεσης, γεγονός που επέτρεψε την κατασκευή ενός μεγάλου, πολύ ελαφριού πύργου που θα ήταν ασφαλής από τις οριζόντιες δυνάμεις του ανέμου. Για να κατανοήσουμε πόσο ελαφρύς είναι ο πύργος, το βάρος του, που είναι 7.300 τόνοι, είναι σχεδόν ίσο με το βάρος του όγκου του αέρα που περιέχει – περίπου 6.300 τόνοι.

Ο αρχικός σκοπός της κατασκευής του

Ο Πύργος του Άιφελ σχεδιάστηκε για να αποτελέσει ένα εξαιρετικό σημείο παρατήρησης, καθώς και βάση για ραδιοφωνικές εκπομπές. Ο πύργος είναι μια γιγαντιαία τριγωνική δομή πλέγματος, παρόμοια με τη γέφυρα Garabit (που σχεδιάστηκε επίσης από το γραφείο του Άιφελ) και τη γέφυρα Forth στη Σκωτία, και οι δύο από την ίδια περίοδο.

Όλες αυτές οι κατασκευές μεγαλώνουν όταν αυξάνεται η θερμοκρασία του υλικού. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις γέφυρες, οι οποίες συμπεριφέρονται με πιο περίπλοκο τρόπο, ο Πύργος του Άιφελ υφίσταται κυρίως κάθετη αύξηση και συρρίκνωση λόγω των αλλαγών στη θερμοκρασία. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως θερμική διαστολή.

Υλικά που διογκώνονται και συρρικνώνονται

Γνωρίζουμε ότι τα περισσότερα στερεά διογκώνονται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία και συρρικνώνονται όταν μειώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μεγαλύτερη αναταραχή στα άτομα, η οποία οδηγεί σε αύξηση της μέσης απόστασης μεταξύ τους.

Ανάλογα με τη φύση του δεσμού, διαφορετικά είδη στερεών υφίστανται μεγαλύτερη ή μικρότερη διόγκωση, την οποία οι μηχανικοί πρέπει να καταγράφουν με μεγάλη προσοχή. Τα κεραμικά και τα γυαλιά, με ισχυρότερους δεσμούς, διαστέλλονται λιγότερο από τα μέταλλα, τα οποία με τη σειρά τους διαστέλλονται λιγότερο από τα πολυμερή.

Πώς μπορούμε λοιπόν να υπολογίσουμε το μέγεθος της κίνησης σε ένα στερεό; Όταν τα στοιχεία είναι ευθεία – όπως συμβαίνει στα περισσότερα δημόσια έργα και στην αρχιτεκτονική, όπου κυριαρχούν οι δοκοί και οι ράβδοι – η κίνηση είναι ανάλογη με τρεις παραμέτρους: το μήκος του στοιχείου, τη μεταβολή της θερμοκρασίας του και τον συντελεστή διαστολής του υλικού.

Τα πιο διασταλτικά υλικά είναι τα πολυμερή, τα οποία διαστέλλονται περίπου δέκα φορές περισσότερο από τα μέταλλα, ενώ τα μέταλλα διαστέλλονται δέκα φορές περισσότερο από τα κεραμικά.

Ο χυτοσίδηρος που χρησιμοποιήθηκε στον Πύργο του Άιφελ και τα χαλύβδινα εξαρτήματά του έχουν συντελεστή περίπου 12x10⁻⁶ (°C)⁻¹, που σημαίνει ότι μια σιδερένια ράβδος μήκους ενός μέτρου διαστέλλεται κατά 12x10⁻⁶ μέτρα όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά ένα βαθμό. Αυτό είναι μόλις δώδεκα microns, λιγότερο από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας.

Είναι αισθητή η επίδραση;

Έχει λοιπόν η θερμότητα κάποια αισθητή επίδραση στα κτίρια; Ναι, αν λάβουμε υπόψη ότι υπάρχουν δύο άλλες παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη: το μήκος του στοιχείου και το εύρος θερμοκρασίας στο οποίο βρίσκεται.

Το μήκος μπορεί να είναι πολύ μεγάλο. Ο Πύργος του Άιφελ έχει ύψος 300 m, αλλά η γέφυρα Garabit έχει μήκος 565 m και η γέφυρα Forth έχει μήκος πάνω από 2,5 km. Σήμερα υπάρχουν πολλές μεγαλύτερες γραμμικές κατασκευές και η θερμική διαστολή επηρεάζει επίσης τις σιδηροδρομικές γραμμές που πολλές γέφυρες έχουν κατασκευαστεί για να μεταφέρουν.

Πρέπει επίσης να αναλυθούν τα ιστορικά εύρη θερμοκρασίας. Το Παρίσι καταγράφει θερμοκρασίες για περισσότερο από δύο αιώνες, με ελάχιστες θερμοκρασίες το χειμώνα κάτω από -20⁰C και μέγιστες το καλοκαίρι γύρω στους 40⁰C. Πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας – τα μέταλλα μπορούν να φτάσουν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες υπό την άμεση ηλιακή ακτινοβολία, συχνά υπερβαίνοντας τους 60⁰C ή 70⁰C.

Στην περίπτωση του πύργου του Άιφελ, που δεν είναι μια απλή ράβδος, αλλά ολόκληρος πύργος κατασκευασμένος από περισσότερα από 18.000 κομμάτια καρφωμένου σιδήρου προσανατολισμένα προς όλες τις κατευθύνσεις, μία από τις όψεις του μεγαλώνει περισσότερο από τις άλλες, προκαλώντας μια ελαφρά καμπύλη στον πύργο, σαν να κλίνει μακριά από τον ήλιο.

Οι ειδικοί έχουν υπολογίσει ότι ο Πύργος του Άιφελ μεγαλώνει κατά 12 έως 15 εκατοστά, συγκρίνοντας το μέγεθός του τις κρύες μέρες του χειμώνα με τις πιο ζεστές μέρες του καλοκαιριού. Αυτό σημαίνει ότι, εκτός από το να είναι ορόσημο, πύργος επικοινωνιών και σύμβολο του ίδιου του Παρισιού, ο Πύργος του Άιφελ είναι επίσης, στην πραγματικότητα, ένα γιγαντιαίο θερμόμετρο.