ΠΑΡΘΕΝΩΝΑΣ ΚΑΙ

ΣΠΟΝΔΥΛΙΚΗ ΣΤΗΛΗ: ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΟΜΟΙΟΤΗΤΕΣ

Γεώργιος Σάπκας Καθηγητής Ορθοπαιδικής

Metropolitan Hospital Αθήνα

Οι ανακαλύψεις και τα επιτεύγματα των Αρχαίων Ελλήνων αποτέλεσαν και συνεχίζουν να αποτελούν αντικείμενο μελέτης και θαυμασμού από όλον τον

κόσμο.

1991

Στήλη

Παρθενώνας 447 – 432 π.χ. Άνθρωπος ?

Eifel Tower

Πυλώνες βάσεως

Τοξοειδής γέφυρα (Αρτα)

Πυλώνες βάσεως

Αρθρωτή κατασκευή

Συμπαγής όγκος

Μεγάλη ελευθερία κινήσεων

Πυραμίδα

Παρθενώνας

Άνθρωπος

Papastamatiou D., et al Monuments under seismic action, 1996

Σεισμική μελέτη συμπεριφοράς των κιόνων

Papastamatiou D., et al Monuments under seismic action, 1996

Προσομείωση σε Ηλεκτρονικό υπολογιστή της κίνησης του κίονα κατά την σεισμική διέγερση

Επαναφορά μετά την σεισμική διέγερση

... τέλειο υδραυλικό σύστημα για την ασφαλή στήριξη του σώματος και την προστασία του νωτιαίου μυελού και της ιππουρίδας

Κινηματική της Σπονδυλικής Στήλης

Κατασκευή

http://1.bp.blogspot.com/-_rTQdgscH4A/UdXjP9J3raI/AAAAAAAAGMg/jegSaDZFmGg/s651/Doric.png

• Οι κίονες του Παρθενώνος αποτελούνται από 10 έως 12 σπονδύλους ποικίλου ύψους. Οι σπόνδυλοι ήταν ασύνδετοι μεταξύ τους εφόσον το βάρος και η πρόσφυση επαφής αρκούσε για να εξασφαλίσει την στερεότητα του κίονα.

• Οι τετράγωνες εντορμίες που βλέπουμε στο κέντρο των εδρών τέτοιων σπονδύλων φιλοξενούσαν ξύλινα (και όχι μεταλλικά) πρισματικά στοιχεία, τα εμπόλια μέσα στα οποία περνούσε κυλινδρικός αξονίσκος από σκληρότερο ξύλο ο πόλος.

• Οι ειδικοί σύνδεσμοι τα «εμπόλια», κατασκευάζονταν από ξύλο (κυπαρίσσι, οξιά και πεύκο) και είχαν σαν στόχο την άμβλυνση των πάσης φύσεως φορτικών δυνάμεων, που δεχόταν ο Παρθενώνας.

• Η ξύλινη αυτή δομική παρεμβολή στους κίονες του Παρθενώνα επέτρεπε στα αρθρωτά μέρη τους να έχουν και κάποιου βαθμού περιστροφική κίνηση, η οποία ενίσχυε τον προστατευτικό τους ρόλο.

• Το σύστημα αυτό επέτρεπε την κέντρωση των σπονδύλων κατά την τοποθέτηση και ίσως ακόμη και την περιστροφή τους για την επίτευξη καλύτερης επαφής.

• Ο 1ος σπόνδυλος απλώς πατούσε επάνω στον στυλοβάτη, χωρίς πόλο και εμπόλια.

Φυσιολογικός σπόνδυλος

Μαθηματικό μοντέλο

σπονδύλου

Οστεοπωρωτικός σπόνδυλος

Φυσιολογική δομή σπονδυλικού σώματος

Εσωτερική δικτυωτή κατασκευή πτέρυγας αεροπλάνου

Μικρό βάρος

Μεγάλη αντοχή

Μεταλλική γέφυρα δομημένη ως δικτύωμα για ελάττωση του ιδίου βαρους.

Αδυναμία της

Σπονδυλικής Στήλης να εκπληρώσει το σκοπό της

ΑιτίεςΚάταγμα σπονδύλουΕκφυλιστικές βλάβεςΝεοπλασματικές εξεργασίεςΚαταστροφή στηρικτικών στοιχείων μετά από χειρουργική επέμβασηΚαταστροφή μεσοσπονδυλίων δίσκων

Οστεοπωρωτικό κάταγμα

Νεοπλασία

ΕμβιομηχανικήΩς Εμβιομηχανική δύναται να ορισθεί η επιστήμη η οποία εφαρμόζει τις αρχές διαφόρων κλάδων της Μηχανικής– Αντοχή υλικών– Μηχανική του συνεχούς μέσου– Μηχανική των ρευστών – Χρήση πεπερασμένων στοιχείων Στο ανθρώπινο σώμα με σκοπό την αποκατάσταση της λειτουργικότητας Μαθηματικό μοντέλο

σπονδυλικής μονάδος

Πριν Μετά

Πρόδρομοι

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ

Άραβας Ανατόμος

ΛΕΟΝΑΡΝΤΟ ΝΤΑ ΒΙΝΤΣΙ

Ανδρέας Βεσσάλιους Γερμανία (περίοδος Αναγέννησης)

Μηχανική

Μηχανική

Εμβιομηχανική της

Σπονδυλικής Στήλης

Αναστήλωση και

ΣυντήρησηΜνημείων

Έννοιες Συμβατότητα υλικώνΣεβασμός αυθεντικών στοιχείωνΕλάχιστη δυνατή επέμβασηΑνθεκτικότητα Αναστρεψιμότητα

Σπονδυλική Στήλη Μνημεία

Το 1992 πραγματοποιήθηκε η αποκατάσταση του 5ου κίονα της νότιας πλευράς του Παρθενώνα που είχε υποστεί ζημιές από την βόμβα του Μοροζίνι. Από την έρευνα που έγινε διαπιστώθηκε ότι η μετακίνηση του κίονος από τον δεύτερο σπόνδυλο και επάνω κατά κάποια εκατοστά και οι φθορές του πρώτου σπονδύλου είχαν σαν αποτέλεσμα να κινδυνεύει ο κίονας για κατάρρευση ιδιαίτερα σε περίπτωση σεισμού.

Skoulkidis Th et al, Corrosion and conserve building materials of monuments. The Acropolis case , 1999

Διαμήκης σύνδεσμος διπλού Τ(τόρμος – εντορμία)

Συμπλήρωση ελλειμμάτων με μάρμαρο κιόνων

Σάπκας Γ, Εμβιομηχανική της Σπονδυλικής Στήλης, 1997

Πλάγιο σύστημα στήριξης Σπονδυλικής Στήλης

(Kaneda)

Σάπκας Γ, Εμβιομηχανική της Σπονδυλικής Στήλης, 1997

Κυλνδρικά εμφυτεύματα από τιτάνιο γεμισμένα με σπογγώδες οστό ή Polymethylmethacrylate (PMMA)

Μερική υποκατάσταση του σπονδυλικού σώματος με κύλινδρο τιτανίου

Κακώσεις αυχενικής μοίρας

Κακώσεις Θωρακικής – Οσφυϊκής μοίρας Σ.Σ.

Οστεογενές σάρκωμα

Νεοπλασματική εξεργασία Σ.Σ.

Αστοχία υλικών

Predengast J, An analysis in theories in biomechanics, 2001

Αστοχία συστήματος υλικών σπονδυλοδεσίας

λόγω μηχανικής καταπόνησης

Αστοχία «συστήματος» λόγω

σεισμικής καταπόνησης

Ο πειραματικός έλεγχος των συστημάτων μηχανικής

υποστήριξης της

Σπονδυλικής Στήλης

Είδη φορτίσεων στην Σπονδυλική Στήλη

Α. White & Μ.Panjabi, Clinical biomechanics of the spine, 1980

Α. White & Μ. Panjabi, Clinical biomechanics of the spine, 1980

Ροπές στρέψης – δυνάμεις Σπονδυλικής Στήλης

Βαρδουλάκης Ι, Ο δομικός λίθος στα μνημεία, 2002

Η επίδραση της ταχύτητας φόρτισης στη σχέση εξωτερικού φορτίου και δημιουργούμενων παραμορφόσεων σε δοκίμιο πεντελικού μαρμάρου

• Κόκκινη καμπύλη: συμβολίζει την αντιστρεφόμενη φόρτιση (συνεχής εναλλαγή εφελκυσμού και θλίψης)

• Πράσινη καμπύλη: συμβολίζει την επαναλαμβανόμενη φόρτιση (συνεχής εναλλαγή φορτίσεων – εκφορτίσεων)

• Χρονοϊστορία μετατοπίσεων του κιονόκρανου του κίονα 2 για την εγκάρσια και την διαμήκη διεύθυνση στα πειράματα.

• Και οι δύο σεισμικές διεγέρσεις (Καλαμάτας και Λευκάδας) είχαν απομειωθεί στο 40%.

ΣΕΜΙΝΑΡΙΑ ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΤΗΣ ΣΠΟΝΔΥΛΙΚΗΣ ΣΤΗΛΗΣ

ΚΑΙ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ

18

Θραύση υλικών από κόπωση

«Αστοχία» - Παρεκτόπιση σπονδύλων λόγω σεισμικής καταπονήσεως

Συμπεράσματα

Οι δημιουργοί του Παρθενώνα πέτυχαν να δώσουν στο μνημείο τους αναγκαίους βαθμούς ελευθερίας μεταξύ των δομικών μελών, ώστε οι εξωτερικές φορτίσεις να κατανέμονται και να μην γίνονται καταστροφικές, γεγονός που επέτρεψε στο μνημείο να ανταπεξέρχεται με επιτυχία σε σεισμικές φορτίσεις χιλιετιών

Η Σπονδυλική Στήλη μπορεί να θεωρηθεί μια ειδική μηχανική κατασκευή αφού στηρίζει τον κορμό και σηκώνει το δικό της βάρος, αλλά και άλλα φορτία επιτρέποντας μεγάλη ελευθερία κινήσεων.

Οι πλέον πρόσφατες επιστημονικές ενδείξεις υποδεικνύουν ως βέλτιστη λύση για το μεταλλικό υλικό τόσο των αναστηλώσεων του Παρθενώνα όσο και και των μεταλλικών εμφυτευμάτων στην Σπονδυλική Στήλη, το Τιτάνιο.

Τα ευρήματα των αρχαίων Ελλήνων επιστημόνων σε πολλούς τομείς της ζωής μας είναι το «γλωσσάρι» των τωρινών μελετητών και σε πολλές περιπτώσεις ακόμα δεν έχουν αποκρυπτογραφηθεί πλήρως όλες οι ερμηνείες, οι κινήσεις και το νόημα των αρχαίων εκείνων δημιουργιών και τρόπου σκέψης.