De Egyptische piramides waren de wolkenkrabbers van hun tijd - en staan al 5000 jaar. Zullen moderne wolkenkrabbers zo'n prestatie kunnen herhalen? In april verschenen de eerste scheuren. Op 29 juni 1995 had zich een groot netwerk van scheuren verspreid over het plafond van de vijfde verdieping van een van de drukste warenhuizen van Seoul. Een paar uur later kwam er een luide knal van het dak. De scheuren groeiden.
Er werd een spoedraad bijeengeroepen, maar de voorzitter weigerde botweg te evacueren, daarbij verwijzend naar gederfde winst. Toen verliet hij het gebouw.
Om vijf uur 's avonds begon het plafond van de vijfde verdieping af te brokkelen. Het winkelen ging gewoon door tot bijna een uur later het alarm ging. Maar het was te laat. Eerst stortte het dak in en vervolgens werden de belangrijkste steunpilaren van het gebouw naar boven gehaald, waardoor de gehele zuidvleugel van het gebouw instortte in de kelder. 1.500 mensen zaten vast - inclusief de stiefdochter van de voorzitter - en 502 kwamen er nooit uit.
De instorting van het warenhuis van Samsung is een voorbeeld van hoe kwetsbaar moderne structuren kunnen zijn. Zelfs met de nieuwste materialen, apparatuur en een geavanceerd kennis van de natuurkunde, heeft dit gebouw geen vijf jaar geduurd, laat staan 5000.
Ondertussen verzamelden de Egyptische piramides duizenden jaren lang toeschouwers. Aardbevingen, erosie, vandalisme - de piramides hebben zelfs de ineenstorting van de beschaving en de transformatie van de Sahara van een weelderig weiland naar de uitgestrekte woestijn van vandaag overleefd.
De Grote Piramide van Gizeh - gebouwd in 2540 voor Christus - is ongeëvenaard in materialen, ontwerp en techniek, zowel voor als na gebouwen. Oude Griekse toeristen liepen duizenden kilometers om naar de blokken te kijken, zo gepolijst dat ze gloeiden; de namen van reizigers zijn tot op de dag van vandaag uitgehouwen in de muren van de piramide.
Cleopatra woonde tegenwoordig dichter bij het hoogste gebouw ter wereld - de Burj Khalifa - dan bij dit monumentale graf. Toen de laatste mammoeten uitstierven, was ze al 1000 jaar oud.
Promotie video:
De piramide van Gizeh was de wolkenkrabber van zijn tijd en overtrof elk gebouw ter wereld, totdat uiteindelijk, ongeveer 700 jaar geleden, de kathedraal van Lincoln werd gebouwd. "De oude Egyptenaren creëerden - ik zeg het niet graag - een lanceerplatform voor de doden om naar de zon en de sterren te reizen", zegt Donald Redford, die de piramides veertig jaar heeft bestudeerd.
Snel vooruit naar 2016, waar we de lucht al hebben bedekt met wolkenkrabbers, klokkentorens en robots van 20 verdiepingen, en we zijn van plan een gebouw te bouwen van anderhalve kilometer hoog. Hoewel het nog niet bekend is of het überhaupt gebouwd kan worden. We betreden het tijdperk van wolkenkrabbers nu steeds meer mensen van dorpen naar drukke steden reizen.
Deze gebouwen moeten enorme krachten kunnen weerstaan om rechtop te blijven, inclusief constante blikseminslagen en winden met een snelheid van 150 km / u - om nog maar te zwijgen van het constante effect van de zwaartekracht. In sommige gebieden kunnen krachtige aardbevingen aan deze lijst worden toegevoegd. Wat is het geheim van de piramides? Kunnen moderne wolkenkrabbers ze overleven?
In feite is de indrukwekkende ouderdom van de piramides geen toeval. De oude Egyptenaren geloofden dat het leven na de dood eeuwig zou zijn, en deden grote inspanningen om ook hun graven goed te houden. Het ontwerp van de piramides veranderde duizenden jaren terwijl de bouwers experimenteerden met materialen en architectuur om aan hun ambities te voldoen.
Ze zeiden altijd dat het een gebouw was 'voor de eeuwigheid', 'voor altijd en altijd' - deze zinnen waren constant in hun vocabulaire ', zegt Redford, momenteel verbonden aan Penn State University. Ze hadden zoveel vertrouwen in hun capaciteiten dat ‘miljoenen en miljoenen jaren’ in de namen van veel piramides waren opgenomen.
Ondanks al hun pogingen en overdrijvingen wisten de Egyptenaren niet precies wat ze aan het doen waren, en dit was meer hun voordeel dan een nadeel. Om de hiaten in het begrip van de natuurkundige wetten op te vullen, werden de eerste piramides gebouwd, rekening houdend met alle mogelijke versterkingen. Ze wisten van de pilaren af, maar wisten niet dat ze het dak konden dragen. Daarom zijn er extra muren toegevoegd voor het geval dat.
Een andere verklaring is de enorme omvang. Neem de Grote Piramide, die meer een kunstmatige berg is dan een gebouw van bijna zes miljoen ton massief gesteente. Vijfduizend jaar is onzin, als je bedenkt dat de kalksteen waaruit de piramideblokken bestaan al zo'n 50 miljoen jaar in de grond zit.
Moderne wolkenkrabbers zijn daarentegen efficiënt licht van gewicht en slim. Er was slechts 110.000 ton beton en 39.000 ton staal nodig om de Burj te bouwen, die zes keer zo hoog is als de Grote Piramide. “Ze ontwierpen gebouwen die eeuwig meegaan - vandaag geen prioriteit. We ontwerpen praktische gebouwen om in te wonen”, zegt Roma Agrawal, een civiel ingenieur die aan het Shard-gebouw in Londen werkt.
Net als de eerste piramides is de vroegste generatie wolkenkrabbers misschien wel de meest betrouwbare. Toen in 1945 een B-52-vliegtuig in het Empire State Building stortte, werd het gebouw een paar dagen later heropend. "In het begin van de 20e eeuw werd alles met de hand berekend, dus ingenieurs voegden voor het geval dat extra staal toe", zegt Agrawal. Hoewel het Empire State Building half zo groot is als de Burj, weegt het tweederde meer.
Naast alle gebruikelijke risico's draagt een gebouw in de wolken zijn eigen gewicht. Om te overleven tot 7000 na Christus - dat wil zeggen, leef zo lang als de piramides leefden - moeten wolkenkrabbers duizenden jaren regen, wind en onweer bestrijden.
"De wind is een bijzonder probleem voor hoge gebouwen", zegt Bill Baker, Burj's design engineer. Wanneer de wind langs een gestroomlijnd object snelt, zoals een boom of een lantaarnpaal, wervelt hij in een georganiseerde windvlaag die eerst naar links om het object gaat, dan terug naar rechts, dan weer naar links, en het object zwaait als gevolg van de verandering in windrichting. Bij harde wind kan Burj tot anderhalve meter in elke richting zwaaien.
Het probleem is, hoe hoger, hoe sneller de wind. Om te voorkomen dat de wolkenkrabbers vallen - en de mensen hierboven om van zeeziekte af te komen - ontwerpen ingenieurs onregelmatig gevormde gebouwen die de wind belemmeren en de organisatie vernietigen. Vanuit architectonisch oogpunt lijkt het gebouw misschien een beetje te chique, maar de kenmerkende gekartelde profielen van Burj en Shard zijn meer voor veiligheid dan voor schoonheid.
Zelfs een orkaan zal ze niet schudden. “Als het een normaal gebouw is, moet het bestand zijn tegen een orkaan die eens in de 700 jaar plaatsvindt”, zegt Baker. Belangrijke gebouwen zoals de Burj Khalifa kunnen het hoofd bieden aan gebeurtenissen die eens in de paar millennia plaatsvinden.
En er is ook bliksem. De Verenigde Arabische Emiraten, waar Burj is gevestigd, ervaren ongeveer 10 onweersbuien per jaar. Een enkele blikseminslag van miljarden volt kan zo sterk zijn als een kernreactor. "Ik was in Dubai tijdens een onweersbui en Burj is als een bliksemafleider voor de hele stad - de bliksem slaat elke minuut in", zegt Baker.
Gelukkig is er een oplossing. Tijdens de bouw wordt de stalen schil van het gebouw met elkaar verbonden - elke stalen staaf, elk raamkozijn - tot aan de basis. En het werkt als een gigantische kooi van Faraday, een beschermende omhulling vergelijkbaar met het gaas van magnetrons die de inhoud veilig houdt door ze te beschermen tegen elektriciteit. "Ik heb met werkploegen gesproken na een bijzonder krachtig onweer en ze hebben geen schade gezien", zegt Baker.
Zelfs tijdens aardbevingen houden wolkenkrabbers buitengewoon goed stand. Hoe sneller hij lafaards, hoe beter. Het draait allemaal om zoiets als resonantie. Als de grond schudt met een frequentie die overeenkomt met de snelheid van de zwaai van het gebouw, zal het steeds sneller slingeren totdat het mogelijk instort. "Smalle gebouwen hebben meer tijd nodig om heen en weer te schommelen - 11 seconden voor Burj - dus ze zullen bewegen, maar niet instorten", zegt Baker.
Maar helemaal betrouwbaar is het niet: net zoals we paperclips breken, ze herhaaldelijk buigen en weer losmaken, als het staal te vaak wordt verstoord, zal het barsten.
Veel gevaarlijker is water.
In de jaren dertig waren 96 van de 100 hoogste gebouwen ter wereld gemaakt van staal. Tegenwoordig zijn de meeste stedelijke gebouwen gemaakt van met staal versterkt beton (gewapend beton), dat de treksterkte (het vermogen om uit te rekken) van metaal en de druksterkte (het vermogen om te weerstaan aan verbrijzeling) van steen combineert.
Wanneer het op een droge plaats wordt bewaard, is gewapend beton een geweldig materiaal dat eeuwig meegaat. Maar in gebieden met een hoog sedimentgehalte reageren zwakke zuren in het water langzaam met de kalksteen in het cement en voeren het uit - de staalroest en gaten verschijnen in het gebouw.
"Dat de piramides in een droge omgeving staan, is ongelooflijk belangrijk", zegt Michelle Barsum, een materiaalwetenschapper aan de Drexel University in Philadelphia. Zelfs in de in de zon gedroogde Sahara vielen de eerste piramides onder de verwoestingen van water.
Jarenlang werd aangenomen dat de Egyptenaren er uiteindelijk achter kwamen en leerden hoe ze blokken moesten snijden met een strakkere pasvorm, maar hoe precies bleef een mysterie. Toen, in de vroege jaren 2000, kreeg iemand eindelijk het idee om de rotsen te bestuderen onder een microscoop met hoge resolutie. Het was Michel Barsum, en het viel hem op dat deze rotsen geen natuurlijke kalksteen waren, maar eerder gevormd waren uit een vroege vorm van cement.
Als expert op het gebied van keramiek - Barsum had nog nooit piramides bestudeerd - kon hij het verleidelijke vooruitzicht niet weerstaan om het zeker te weten te komen. Diep in de oude blokken vond hij welsprekende aanwijzingen: microscopisch kleine algen, diatomeeën, waarvan de harde schaal gedeeltelijk was geërodeerd door alkalisch cement. "Ongeveer 90% van de piramide is gemaakt van uitgehouwen steen, de rest is gegoten", zegt Barsum.
De Egyptenaren maakten hun stenen uit vier hoofdbestanddelen: kalksteen, kalk, water en modder. Ze reageren met elkaar om een chemische lijm te vormen. Het belangrijkste is dat naarmate de lijm ouder wordt, deze terugkeert naar de oorspronkelijke staat van de componenten, waardoor het cement weer in steen wordt omgezet. "Het ruikt en ziet eruit als natuurlijke kalksteen", zegt Barsum.
Maar als de belangrijkste betonnen schaal van de wolkenkrabber relatief sterk is, is het lot van de ramen erin minder transparant. Glas weegt als graniet en heeft de stijfheid van aluminium; er is 10 ton druk nodig om een kubieke centimeter te verpletteren. Zelfs de zee zal 50 jaar slijpen nodig hebben om glas op het strand in gekleurde, gladde kiezelstenen te veranderen. En toch is het glas niet perfect. Het kan spontaan barsten. Niemand weet waarom.
Zelfs met een dubbele glaslaag gaan de meeste ramen niet lang mee als ze niet worden onderhouden. "Glas wordt niet bepaald beïnvloed door de omgeving, maar door de trillingen van de wind, onweer en andere invloeden breekt het uiteindelijk", zegt Konstantinos Tsavdaridis, een materiaalwetenschapper aan de Universiteit van Leeds.
Zal het glas tenslotte uiteindelijk in de onderkant van het frame weglopen? Dit idee is gebaseerd op het feit dat middeleeuwse ramen aan de onderkant meestal dikker waren en dat glas in feite een extreem stroperige vloeistof is: en gedurende honderden jaren kan glas in de bodem van het frame weglopen.
In 1998 werd dit populaire idee krachtig weerlegd door een groep natuurkundigen, die berekenden dat het 'veel langer dan de leeftijd van het universum' zou duren voordat er bij kamertemperatuur een merkbare verandering in glas zou optreden. De ongelijke dikte van oud glas was volkomen willekeurig - zelfs glas maken een paar honderd jaar geleden was niet zo eenvoudig.
Dus kunnen moderne wolkenkrabbers ervoor zorgen dat de tijd bang voor ze is?
Bill Baker denkt van wel. “Bouwmaterialen zijn tegenwoordig best goed. Behalve die momenten waarop ze falen, en als ze worden ondersteund."
Agrawal is het daarmee eens. "Als je voor ze zorgt, waarom niet."
Volgens Konstantinos gaan betonnen constructies langer mee, omdat de roest die zich vormt in gewapend beton hem doodt. Maar Redford betwijfelt of onze gebouwen lang genoeg zullen meegaan. Dit zijn tenslotte functionele structuren die gewoon hun werk doen. Het zal gemakkelijker zijn om ze te gooien. De meeste wolkenkrabbers worden gesloopt voordat ze vallen. De Grote Piramide was tenslotte niet het enige verbazingwekkende gebouw 4.500 jaar geleden.
Het zogenaamde labyrint zou nog ongebruikelijker zijn geweest. 'Toen de Griekse historicus Herodotus hem zag, hapte hij naar adem. Hij kon de grootte en het gewicht van de grootste blokken die het gebouw binnengingen niet beschrijven”, zegt Redford. Zo'n gebouw zul je vandaag niet vinden. Het doolhof werd geplunderd en de stenen werden gebruikt om andere gebouwen te bouwen. Als je door de straten van het oude Caïro loopt en de fundamenten van oude gebouwen bestudeert, kun je soms hiëroglifische inscripties van datzelfde gebouw vinden.
Als we wolkenkrabbers niet slopen, bijvoorbeeld in New York, en ze vallen niet, dan zullen er bij het huidige bouwtempo tegen 7000 10.000 gebouwen zijn van meer dan 160 meter hoog. Misschien hebben we iets om trots op te zijn. Waarom zijn we erger dan de oude Egyptenaren?
ILYA KHEL