Το τεχνικό σχέδιο

Γαλλικό γραμματόσημο με απεικόνιση του Monge Το έτος 1795 παρουσίασε ο καθηγητής πανεπιστημίου και πολιτικός υπάλληλος του υπουργείου οχυρωματικών έργων, Gaspard Monge (Μονζ, 1746-1818) ένα βιβλίο με τίτλο «Geometrie Descriptive», εγκαινιάζοντας με αυτό τον κλάδο του τεχνικού σχεδίου στην Ευρώπη. Ο Μονζ ήταν φυσικομαθηματικός και έγινε σε ηλικία 16 ετών καθηγητής στο πανεπιστήμιο της Λυών. Στο βιβλίο αυτό έδειξε ο Μονζ ότι μπορούμε να παραστήσουμε ένα τριδιάστατο αντικείμενο επακριβώς, σχεδιάζοντας διάφορες απόψεις και/ή τομές του με συγκεκριμένους κανόνες. Οι στρατιωτικοί εκτίμησαν ότι αυτή η ιδέα του Μονζ πρέπει να θεωρηθεί κρατικό μυστικό, γιατί έδινε προβάδισμα στους Γάλλους στην καταγραφή τεχνικών λεπτομερειών και στην επικοινωνία μεταξύ τεχνικών. Παρ' όλες τις προσπάθειες μυστικότητας, η ιδέα του τεχνικού σχεδίου διαδόθηκε γρήγορα στην Ευρώπη, με εξαίρεση την Αγγλία. Εκεί προτιμήθηκε αρχικά η εμπειρική καταχώριση των στοιχείων, χωρίς ακριβείς κανόνες. Αργότερα δημιουργήθηκε και στην Αγγλία και κατ' επέκταση στην Αμερική ένα σύνολο κανόνων, το οποίο σε ορισμένα σημεία του διαφέρει από το ευρωπαϊκό. Το τεχνικό σχέδιο εξελίχθηκε μέχρι τις ημέρες μας σε μεγάλο βαθμό και αποτέλεσε μια από τις σημαντικότερες εφαρμογές των υπολογιστών στον τεχνικό τομέα.  Ο Μονζ, σημαντικός ερευνητής και πρόδρομος του Gauss στη μαθηματική επιστήμη, είχε μια διαδρομή στη ζωή του με μεγάλα σκαμπανεβάσματα, όπως και πολλοί άλλοι επιφανείς Γάλλοι στα χρόνια της επανάστασης και της ναπολεόντειας περιόδου. Φλογερός οπαδός της επανάστασης και φίλος του Βοναπάρτη, συμμετείχε ο Μονζ, αφενός σε όλες τις προσπάθειες της εποχής για τη δημιουργία συγκροτημένης εκπαίδευσης, αφετέρου σε όλες τις πολιτικές επιλογές και σε μερικές εκστρατείες του Ναπολέοντα. Ήταν συνιδρυτής της Ecole Polytechnique και καθηγητής της, μέλος της επιτροπής μέτρων και σταθμών υπό τον Λαπλάς, καθώς επίσης υπουργός με διάφορες αρμοδιότητες. Το 1816, με την οριστική κατάρρευση του ναπολεόντειου καθεστώτος στη Γαλλία και την επάνοδο των Βουρβόνων, εκδιώχθηκε ο Μονζ από όλες τις δημόσιες θέσεις του και έζησε ακόμα 2 χρόνια σε απόλυτη φτώχια και μοναξιά.

Οδοί και οδοστρώματα

Μέχρι το 18ο αιώνα το οδικό δίκτυο της Ευρώπης ήταν υποτυπώδες. Από την κατάλυση της δυτικής ρωμαϊκής αυτοκρατορίας και μετά δεν συντηρήθηκαν οι παλιοί ρωμαϊκοί δρόμοι και δεν κατασκευάστηκαν σε μεγάλη κλίμακα νέοι, γιατί δεν υπήρχε και ανάγκη διακίνησης εμπορικών προϊόντων ή μετακινήσεων στρατιωτικών δυνάμεων στην έκταση που αυτό γινόταν την παλιά εποχή. Στη Γαλλία και Αγγλία αρμόδιος φορέας κατασκευής και συντήρησης δρόμων ήταν η κοινότητα και η εμβέλειά της έφθανε το πολύ στα μέσα της διαδρομής μέχρι το επόμενο χωριό. Στη Γερμανία αρμόδιος για έργα υποδομής ήταν ο τοπικός φεουδάρχης ή ηγεμόνας. Οι τεχνικοί στην Ευρώπη δεν γνώριζαν πια τις τεχνικές κατασκευής οδοστρωμάτων και, όπου ήταν απαραίτητο να κατασκευαστεί κάποια μεγαλύτερη οδική σύνδεση, αυτό γινόταν εμπειρικά και σε κάθε περιοχή με διαφορετικά πρότυπα.  Στην Αγγλία οι μεταφορές γίνονταν σε σημαντικό βαθμό με την παράκτια ναυσιπλοΐα και οι μονάδες παραγωγής βρίσκονταν κοντά σε λιμάνια. Οι εσωτερικές εμπορικές μεταφορές, μικρής εμβέλειας κατά κανόνα, γίνονταν με άμαξες που σύρονταν από 2, 4, 6 ή και 8 άλογα. Οι ταξιδιώτες, εφόσον δεν πήγαιναν με τα πόδια ή δεν διέθεταν ιδιωτική άμαξα, χρησιμοποιούσαν, οι ευπορότεροι τις ταχυδρομικές άμαξες (μέχρι 7 επιβάτες και ένας οπλισμένος φρουρός) ή τις εμπορικές άμαξες, στοιβαγμένοι μαζί με τα εμπορικά προϊόντα στο χώρο που τυχόν περίσσευε. Τα ζώα μεταφέρονταν στις εμποροπανηγύρεις και στα σφαγεία στις ίδιες οδικές αρτηρίες που χρησιμοποιούσαν οι άμαξες και οι πεζοί. Με βροχή, οι δρόμοι αυτοί μετατρέπονταν σε βούρκο, ο οποίος αναδευόταν από τα πατήματα των αλόγων και τους τροχούς των διερχόμενων αμαξών, με ξηρασία γέμιζε η ατμόσφαιρα στην ευρύτερη περιοχή με σκόνη. Στη Γερμανία και τη Γαλλία δεν έπαιζε αντίστοιχα σημαντικό ρόλο η παράκτια ναυσιπλοΐα, αξιοποιούνταν όμως εντατικά οι μεγάλοι ποταμοί που διασχίζουν αυτές τις χώρες και κατασκευάζονταν κανάλια για την εγκάρσια διασύνδεση των ποταμών. Και στην Αγγλία κατασκευάζονταν βέβαια κανάλια, με αποτέλεσμα στην αλλαγή από το 18ο στο 19ο αιώνα να υπάρχει στην Ευρώπη ένα σημαντικό δίκτυο καναλιών. Έτσι έγινε δυνατόν να δημιουργηθούν μονάδες παραγωγής και μακρύτερα από τα λιμάνια, όπου τις συμπληρωματικές διαδρομές μέχρι την αυλή των εργοστασίων κάλυπταν πάλι άμαξες. Με αυξανόμενο ρυθμό διάδοσης του σιδηροδρόμου, απλώθηκαν κατά το 19ο αιώνα ακόμα περισσότερο οι βιομηχανίες της εποχής, αφού τώρα έφτανε το τραίνο μέχρι την πύλη τους.  Το 1716 συγκροτήθηκε στη Γαλλία ένα τεχνικό σώμα για την κατασκευή δρόμων και γεφυρών. Αυτό το σώμα αποτέλεσε πόλο έλξης των καλύτερων μηχανικών, εκτός του στρατού. Έτσι, εκτός από τους στρατιωτικούς μηχανικούς, απέκτησε η Γαλλία και πολιτικούς μηχανικούς και έκτοτε υπάρχει αυτός ο τίτλος για τους μηχανικούς των κάθε μορφής δομικών κατασκευών.

Ο John Metcalfe (1717-1810), ένας γεννημένος τυφλός Σκοτσέζος μηχανικός, άρχισε στη δεκαετία του 1760 τη μελέτη και εφαρμογή σχεδίων για την κατασκευή δρόμων στο Yorkshire. Συνολικά κατασκευάστηκαν τότε σχεδόν 300 χιλιόμετρα οδοστρώματος με καλή αποχέτευση, το οποίο οδόστρωμα αποτελείτο από τρία στρώματα: Πρώτα μία βάση από μεγάλες πέτρες, μετά γέμισμα με το υλικό εκσκαφής και τέλος ένα στρώμα από χαλίκια σταθεροποιημένα με χώμα. Η εξασφάλιση της απορροής των νερών της βροχής από τους δρόμους επιτεύχθηκε με την επινόηση του Thomas Telford (1757-1834) να κάνει το οδόστρωμα κυρτό, με κλίση προς τις πλευρές!  Βελτιωμένη λύση του προβλήματος ήρθε όμως από το Σκοτσέζο τοπογράφο John Loudon McAdam (1756-1836) ο οποίος, μετά από πολύχρονες μελέτες και δοκιμές κατέληξε σε ένα τύπο οδοστρώματος που ονομάζεται έκτοτε προς τιμήν του «Macadam». Αυτό το πρότυπο δρόμων που διαδόθηκε σταδιακά σε όλη την Ευρώπη, προέβλεπε αφενός υπερύψωση του οδοστρώματος για εύκολη αποχέτευση των υδάτων και αφετέρου επάλληλες επιστρώσεις, μία με μεγάλες πέτρες και από μία με χοντρό και λεπτό χαλίκι, το οποίο σταθεροποιείτο με άμμο. Αργότερα στη θέση της άμμου ως συνδετικού μέσου χρησιμοποιήθηκε άσφαλτος. Οι δρόμοι που κατασκευάζονταν έκτοτε με τις προδιαγραφές του Μακάνταμ απαιτούσαν λιγότερο υλικό και μικρότερο κόστος συντήρησης.  Πρώτος δρόμος που επιστρώθηκε στην Ευρώπη με άσφαλτο ήταν το 1824 η Champs-Elyse στο Παρίσι. Στη Γερμανία επιστρώθηκε με άσφαλτο για πρώτη φορά το έτος 1838 ένας κεντρικός δρόμος στο Αμβούργο. Στη δεκαετία του 1840 είχε κατασκευαστεί στην Ευρώπη ήδη ένα αξιόλογο δίκτυο δρόμων, πάνω στο οποίο μεταφέρονταν πολύ ευκολότερα τα εμπορικά προϊόντα με άμαξες, μέχρι που άρχισε η ραγδαία ανάπτυξη του σιδηροδρομικού δικτύου, το οποίο αξιοποιήθηκε στις χερσαίες μεταφορές και συγκοινωνίες. Το οδικό δίκτυο των μεγαλύτερων ευρωπαϊκών κρατών βελτιώθηκε και επεκτάθηκε πάλι από το τέλος του 19ου και μετά, με την εφεύρεση των μηχανών εσωτερικής καύσης και την κατασκευή αυτοκίνητων οχημάτων με δυνατότητα ελεύθερης διαδρομής.

Τσιμέντο - Μπετόν

Οι συγκολλητικές ύλες για τη σύνδεση των αδρανών οικοδομικών υλικών (χαλίκι, άμμος) ως μίγμα από ασβέστη, τριμμένο τούβλο ή ηφαιστειακή τέφρα έχει πολύ παλιά ιστορία. Ήδη πριν από 14.000 χρόνια χρησιμοποιούσαν λαοί της ανατολικής Μικρασίας ως συγκολλητική ύλη για να κατασκευάσουν τοίχους από τούβλα της εποχής, λάσπη από ασβέστη και άμμο (αμμοκονία). Οι Φοίνικες ανακάτευαν πριν από 3.000 χρόνια στη λάσπη τέφρα ηφαιστείου και δημιουργούσαν ένα μίγμα που στερεοποιείται και σκληραίνει με την προσθήκη νερού. Τις ίδιες περίπου τεχνικές χρησιμοποιούσαν και οι αρχαίοι Έλληνες οικοδόμοι και γνωρίζουμε σήμερα ότι έστησαν ναούς, βιβλιοθήκες, στάδια και θέατρα, τα οποία, αν δεν είχαν υποστεί καθαιρέσεις από απρόβλεπτους σεισμούς και προβλεπτά εμπαθή χέρια, θα βρίσκονταν σήμερα ακόμα στην αρχική τους μορφή. Οι ίδιες τεχνικές υιοθετήθηκαν από τους Ρωμαίους μέχρι που τον πρώτο μ.Χ. αιώνα επινοήθηκε η παραγωγή ανθεκτικών δομικών στοιχείων, κάτι σαν τους σημερινούς τσιμεντόλιθους, από άμμο και θρυμματισμένη πέτρα, συγκολλημένα με υδραυλική κονία. Αυτό το μίγμα ονομάστηκε «Opus Caementitium» ή ρωμαϊκό τσιμέντο, όπως λέγεται σήμερα, και με τη χρήση του δημιουργήθηκαν τα κτήρια, τα υδραγωγεία, οι γέφυρες, τα λιμάνια και οι ρωμαϊκοί δρόμοι που βρίσκονται ακόμα στη θέση τους, όπως κατασκευάστηκαν. Έκτοτε δεν παρατηρείται οποιαδήποτε αλλαγή στην παραγωγή φυσικού τσιμέντου και μόνο από το 1700 και μετά αρχίζουν να χρησιμοποιούνται διάφορες παραλλαγές υλών για τη δημιουργία της υδραυλικής κονίας, με σημαντικότερη πάντα την τέφρα από τα ηφαίστεια.

Η σύγχρονη ιστορία του τσιμέντου αρχίζει το έτος 1824, όταν ένας 'Αγγλος οικοδόμος, ο Joseph Aspdin ('Ασπντιν, 1778-1855) δημιούργησε ένα μίγμα αργίλου και ασβεστόλιθου, το οποίο «έψησε» σε κλίβανο. Αυτό το μίγμα ήταν ο τελευταίος πρόδρομος του σημερινού υδρυαλικού τσιμέντου και ονομάστηκε «τσιμέντο Πόρτλαντ», λόγω του χρώματός του που μοιάζει με το πέτρωμα της χερσονήσου Portland στην Αγγλία. Το σημερινό τσιμέντο πέτυχε να δημιουργήσει είκοσι χρόνια αργότερα ο Isaac Charles Johnson (Τζόνσον), ο οποίος ψήνοντας το μίγμα αργίλου και ασβεστόλιθου σε θερμοκρασίες περί τους 1400 βαθμούς Κελσίου, το έφερε σε ρευστή κατάσταση. Στο τέλος, αφού κρύωσε το προϊόν που σήμερα ονομάζεται klinker (κλίνκερ), το έτριψε ο Τζόνσον σε λεπτόκοκκη σκόνη. Αυτή η γκρίζα λεπτή σκόνη αποδείχθηκε ένα άριστο συγκολλητικό υλικό για την άμμο και το χαλίκι, τα οποία, με την προσθήκη νερού, αποτελούν το λεγόμενο «σκυρόδεμα» (μπετόν) που στερεοποιείται και σκληραίνει. Ο υιός William Aspdin ίδρυσε εκείνα τα χρόνια, μαζί με συνεταίρους, το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής τσιμέντου στην Αγγλία. Στις δεκαετίες που ακολούθησαν αυτές τις επινοήσεις, έγιναν διάφορες τροποποιήσεις για τη βελτίωση των υδραυλικών ιδιοτήτων του τσιμέντου, αλλά και για τη μείωση της τιμής του. Έτσι, από τα τέλη του 19ου αιώνα προστίθεται στο κλίνκερ και τέφρα από υψικαμίνους ή τέφρα θερμοηλεκτρικών σταθμών που καίνε λιγνίτη κλπ. Το έτος 1849 γέμισε ο Γάλλος κηπουρός Joseph Monier μεγάλες γλάστρες φυτών με μπετόν, στο οποίο τοποθέτησε μέσα ένα πλέγμα από βέργες σιδήρου. Στόχος του ήταν να σταθεροποιήσει τις γλάστρες που παρασύρονταν από τους δυνατούς ανέμους. Αυτός ο συνδυασμός, μπετόν με μεταλλικές βέργες, δημιούργησε ένα στέρεο σύνολο και ακριβώς αυτή η ιδέα αποτέλεσε το πρώτο βήμα για το λεγόμενο σήμερα «οπλισμένο σκυρόδεμα» (οπλισμένο μπετόν ή μπετόν αρμέ). Με αυτό το οπλισμένο σκυρόδεμα κατασκευάζονται σήμερα σχεδόν αποκλειστικά οι σκελετοί των σύγχρονων κτηρίων. Οι τοίχοι από τούβλα ή πέτρες έπαψαν να φέρουν πια το βάρος της οικοδομής, ενώ ο σκελετός από μπετόν αρμέ έχει και την ελαστικότητα που απαιτείται ώστε να αντέξει ένα κτήριο στις καταπονήσεις από σεισμούς. Το σημερινό τσιμέντο αποτελείται από οξείδια του ασβεστίου, πυριτίου, αργιλίου και σιδήρου που είναι ενωμένα μεταξύ τους και αποτελούν το 90% του βάρους του. Το υπόλοιπο μέρος είναι γύψος και μικρές ποσότητες αλάτων μαγνησίου, καλίου, νατρίου και άλλων στοιχείων.