Struktura e njohur sot si Kulla Eiffel fillimisht u quajt Tour de 300 mètres , kulla 300 metra e lartë. Emri iu propozua Gustave Eiffel, i cili mbikëqyri ndërtimin e kullës, nga inxhinierët Maurice Koechlin dhe Émile Nougier . Ai linte të kuptohej dëshira për të ndërtuar diçka të jashtëzakonshme, një arritje teknologjike që do të vendoste një rekord të ri lartësie.
Megjithatë, ndërsa temperaturat rriten gjatë muajve të verës, Kulla Eiffel bëhet edhe më e lartë se dizajni i saj origjinal.
Një strukturë e lehtë prej hekuri
Kulla Eiffel u ngrit në Panairin Botëror të vitit 1889 për të përkujtuar 100-vjetorin e Revolucionit Francez.
Eiffel zgjodhi hekur të lëmuar për ndërtimin e saj, një material që e njihte mirë dhe e kishte përdorur në projekte të mëparshme me rezultate të mira. Ky material hekuri mund t’i rezistojë niveleve të larta të stresit , gjë që lejoi ndërtimin e një kulle të madhe dhe shumë të lehtë që do të ishte e sigurt nga forcat horizontale të erës.
Për të dhënë një ide se sa e lehtë është kulla, pesha e saj prej 7,300 tonësh është afër peshës së vëllimit të ajrit që përmbahet brenda saj – rreth 6,300 tonë.
Kulla Eiffel ishte menduar të ishte një pikë kryesore vëzhgimi, si dhe një bazë për transmetimet radiofonike. Kulla në vetvete është një strukturë gjigante trekëndore në formë rrjete , shumë e ngjashme me Viaduktin Garabit (gjithashtu të projektuar nga zyra e Eiffel) dhe Urën Forth në Skoci, të dyja nga e njëjta periudhë.
Viadukti Garabit. Kur u përfundua në vitin 1884, ishte ura më e gjatë me hark në botë. Wikimedia commons , CC BY
Të gjitha këto struktura rriten kur temperatura e materialit rritet. Megjithatë, ndryshe nga urat, të cilat sillen në një mënyrë më komplekse, Kulla Eiffel përjeton kryesisht rritje dhe tkurrje vertikale për shkak të ndryshimeve në temperaturë. Ky fenomen njihet si zgjerim termik .
Materialet që rriten dhe tkurren
Ne e dimë që shumica e trupave të ngurtë zgjerohen kur temperatura rritet dhe tkurren kur ajo bie. Kjo ndodh sepse një rritje e temperaturës shkakton trazim më të madh në atome, gjë që çon në një rritje të distancës mesatare midis tyre.
Në varësi të natyrës së lidhjes, lloje të ndryshme të trupave të ngurtë përjetojnë rritje më të madhe ose më të vogël, të cilën inxhinierët duhet ta regjistrojnë me shumë kujdes. Qeramika dhe qelqi, me lidhje më të forta, zgjerohen më pak se metalet, të cilat nga ana tjetër zgjerohen më pak se polimerët.
Pra, si mund ta vlerësojmë sasinë e lëvizjes në një trup të ngurtë? Kur elementët janë të drejtë – siç është rasti në shumicën e veprave publike dhe arkitekturës, ku mbizotërojnë trarët dhe shufrat – lëvizja është proporcionale me tre parametra: gjatësinë e elementit, ndryshimin në temperaturën e tij dhe koeficientin e zgjerimit të materialit .
Sa një fije floku
Shumë materiale qeramike zakonisht kanë koeficientë zgjerimi që variojnë nga 0.5×10⁻⁶ në 1.5×10⁻⁶ (°C)⁻¹, ndërsa metalet variojnë midis 5×10⁻⁶ dhe 30×10⁻⁶ (°C)⁻¹, dhe polimerët midis 50×10⁻⁶ dhe 300×10⁻⁶ (°C)⁻¹. Këta numra (ndoshta me pamje të çuditshme) tregojnë rritjen e një njësie me gjatësi standarde kur temperatura rritet me një gradë Celsius.
Materialet më të zgjerueshme janë polimerët, të cilët zgjerohen rreth dhjetë herë më shumë se metalet, dhe metalet zgjerohen dhjetë herë më shumë se qeramika.
Hekuri i trashë i përdorur në Kullën Eiffel dhe përbërësit e tij prej çeliku kanë një koeficient prej rreth 12×10⁻⁶ (°C)⁻¹, që do të thotë se një shufër hekuri një metër e gjatë zgjerohet me 12×10⁻⁶ metra kur temperatura rritet me një gradë. Kjo është vetëm një duzinë mikronësh , më pak se trashësia e një floku njeriu.
Pra, a ka nxehtësia ndonjë efekt të dukshëm në ndërtesa? Po, nëse marrim parasysh se ka dy parametra të tjerë që duhen marrë në konsideratë: gjatësia e elementit dhe diapazoni i temperaturës ku ndodhet.
Gjatësia mund të jetë shumë e madhe. Kulla Eiffel është 300 m e lartë, por Viadukti Garabit është 565 m i gjatë dhe Ura Forth është mbi 2.5 km e gjatë. Sot ka shumë struktura lineare më të mëdha dhe zgjerimi termik ndikon edhe në shinat hekurudhore.
Duhen analizuar edhe diapazonet historike të temperaturave. Parisi ka regjistruar temperatura për më shumë se dy shekuj, me minimume dimërore nën -20⁰C dhe maksimume verore rreth 40⁰C. Duhet të marrim parasysh edhe efektin e rrezatimit diellor – metalet mund të arrijnë temperatura shumë më të larta në rrezet e diellit direkte, shpesh duke tejkaluar 60⁰C ose 70⁰C.
Ura Forth, një urë hekurudhore me hark që kalon Firth of Forth në Skocinë lindore. Wikimedia commos , CC BY
Duke u larguar nga dielli
Tani, le të bëjmë llogaritjet. Do të vlerësojmë se sa zgjerohet një shufër metalike e thjeshtë 100 metra e gjatë kur temperatura luhatet me 100⁰C – diapazoni i përafërt që përjeton Kulla Eiffel.
Llogaritja është e thjeshtë. Nëse një shufër një metër zgjerohet me 0.000012 metra kur temperatura rritet me një gradë, një shufër 100 metra zgjerohet me 0.12 metra kur temperatura rritet me 100 gradë. Dhe një shufër 300 metra do të zgjerohej tre herë më shumë: 0.36 metra. Domethënë, 36 cm. Ky është një ndryshim i dukshëm.
Është e qartë se një shufër e thjeshtë nuk sillet njësoj si një kullë e bërë nga më shumë se 18,000 copë hekuri të ngulitur të orientuar në të gjitha drejtimet. Për më tepër, dielli shkëlqen gjithmonë në njërën nga anët e saj. Kjo do të thotë që njëra nga faqet e saj rritet më shumë se të tjerat, duke shkaktuar një lakim të lehtë në kullë, sikur të ishte duke u larguar nga dielli.
Specialistët kanë vlerësuar se Kulla Eiffel në fakt rritet midis 12 dhe 15 centimetra kur krahasohet madhësia e saj në ditët e ftohta të dimrit me ditët më të nxehta të verës. Kjo do të thotë që, përveçse është një pikë referimi, një kullë komunikimi dhe një simbol i vetë Parisit, Kulla Eiffel është gjithashtu, në fakt, një termometër gjigant.