Το Ευπαλίνειο Όρυγμα της Σάμου
Ο Ηροδότος (Γ, 60) αναφέρεται στο όρυγμα της Σάμου, αν και δεν κάνει καμία αναφορά σε σχέση με τη χρονολογία κατασκευής του έργου. Από τη σύγχρονη έρευνα το όρυγμα αποδίδεται στα χρόνια της εξουσίας του τύραννου Πολυκράτη, στη δεκαετία 530-520 π.Χ., ενώ άλλες πάλι απόψεις το τοποθετούν λίγο νωρίτερα γύρω στο 595 με 570 π.Χ. ή και γύρω στο 550 π.Χ. πριν καταλάβει το νησί ο τύραννος Πολυκράτης.
Το Ευπαλίνειο όρυγμα αποτελεί ένα μηχανικό έργο ιδιαίτερα σημαντικό στην ιστορία της μηχανικής τεχνολογίας, ένα τεκμήριο του υψηλού επιπέδου της τεχνογνωσίας των αρχαίων Ελλήνων μηχανικών. Αποτελεί ένα παράδειγμα εφαρμογής της Γεωμετρίας, της Τοπογραφίας, της Γεωδαισίας, αλλά και της Οπτικής στην αρχαία Ελλάδα.
Η κατασκευή του ορύγματος της Σάμου πραγματοποιήθηκε πιθανόν με εντολή του τυράννου της Σάμου Πολυκράτη, ενώ υπολογίζεται ότι η ολοκλήρωσή του χρειάστηκε 10 περίπου χρόνια. Σχεδιαστής και μηχανικός του έργου ήταν ο Ευπαλίνος, γιος του Ναυστρόφου από τα Μέγαρα.
Η ανάγκη κατασκευής του εν λόγω έργου είχε να κάνει με την υπάρχουσα μέχρι τότε υδροδότηση της πόλης, η οποία δεν επαρκούσε για να καλύψει τις ανάγκες της. Παράλληλα, η πηγή η οποία επαρκούσε για να λύσει το πρόβλημα υδροδότησής της, με απόδοση 400κ.μ., βρισκόταν έξω από τον οχυρωματικό περίβολο, αλλά και πίσω από τη ράχη του υψώματος που προστάτευε την πόλη από το βορρά, τη λεγόμενη Άμπελο. Το γεγονός αυτό σήμαινε ότι το νερό θα έπρεπε να έρθει στην πόλη είτε γύρω από το βουνό, είτε μέσα από αυτό. Έτσι το ζητούμενο το οποίο προέκυψε ήταν η κατασκευή ενός αγωγού ο οποίος θα οδηγούσε το νερό από την πηγή, τη σημερινή πηγή των Αγιάδων, στην πόλη της αρχαίας Σάμου, διαμέσου του βουνού, με τρόπο μάλιστα μη ανιχνεύσιμο από τους εκάστοτε επιδρομείς.
Αναφορά στο όρυγμα της Σάμου κάνει στο έργο του ο Ηρόδοτος (Γ, 60). Ο Ηρόδοτος επισκεπτόμενος τη Σάμο ξεχωρίζει ανάμεσα στα υπόλοιπα θαυμαστά έργα των Σαμίων, το λιμενοβραχίονα, το Ηραίο, το τείχος της πόλης, το στόλο της, καθώς και το Ευπαλίνειο όρυγμα. Η σχετική αναφορά του Ηροδότου αποτέλεσε ουσιαστικά και τη μοναδική πληροφορία που διέθεταν οι αρχαιολόγοι στα χέρια τους, ώστε να ξεκινήσουν τις έρευνες για την ανακάλυψη του έργου, καθώς το όρυγμα με το πέρασμα των χρόνων και με τη διακοπή της λειτουργίας του υδραγωγείου, έπαψε να φέρει πλέον επιφανειακά ίχνη. Ο Ήρων επίσης στο έργο του Διόπτρα αναφέρεται στο έργο της Σάμου, μιλώντας για το πώς έγινε η διάτρηση του όρους και η διάνοιξη της σήραγγας.
Περιγραφή
Το υδραυλικό έργο του Ευπαλίνου, με συνολικό μήκος 1800 μέτρα, κατασκευάστηκε σε τρία τμήματα: το πρώτο τμήμα περιελάμβανε τον αγωγό από την πηγή ως τη βόρεια πλευρά του βουνού, το δεύτερο το όρυγμα που περνούσε μέσα από το βουνό και το τρίτο τον αγωγό που διέσχιζε την πόλη στη νότια πλαγιά του βουνού. Το έργο ήταν στο σύνολό του υπόγειο, με μέση κλίση του αγωγού ο,6%. Το μήκος του κάθε τμήματος ήταν: 859 μέτρα από την πηγή μέχρι το βουνό, μέσα σε υπόγεια χτιστή τάφρο, 1035 μέτρα μέσα σε σήραγγα στο βουνό και 520 μέτρα από το βουνό στη δεξαμενή της πόλης, πάλι μέσα σε τάφρο.
Πρώτο τμήμα : Αγωγός από την πηγή ως τη βόρεια πλευρά του βουνού
Η πηγή από την οποία η αρχαία πόλη θα εφοδιάζονταν με νερό, αναβλύζει σήμερα στο χωριό Αγιάδες. Στην αρχαιότητα, το νερό συγκεντρώνονταν από την πηγή σε ένα κρηναίο οικοδόμημα με ισχυρή τοιχοδομία και από κει έπειτα διοχετεύονταν στον αγωγό. Το πρώτο αυτό κομμάτι που ξεκινούσε από την πηγή, οδηγούσε στη βόρεια είσοδο της σήραγγας, μέσα από ένα σύστημα αγωγών και κάθετων ορυγμάτων για τον καθαρισμό του νερού. Πιο συγκεκριμένα η πορεία του αγωγού που ξεκινούσε από την πηγή για περίπου 800μ., ακολουθούσε το ανάγλυφο του εδάφους, ενώ στο σημείο αυτό ήταν σκαμμένο ως ανοιχτή τάφρος. Για τα υπόλοιπα μέτρα που απέμεναν μέχρι την πλαγιά του βουνού, έπρεπε να διασχίσει υπογείως ένα μικρό λόφο. Έτσι σκάφτηκαν τέσσερα φρεάτια τα οποία συνδέθηκαν μεταξύ τους στο επιθυμητό βάθος.
Δεύτερο τμήμα : Η υπόγεια σήραγγα
Φυσικά απ’ όλη αυτή τη διαδρομή συνολικά, το πιο δύσκολο θα ήταν να διαμορφωθεί το δεύτερο κομμάτι, η υπόγεια σήραγγα δηλαδή μέσα στο βουνό. Η σήραγγα η οποία διανοίχτηκε λοιπόν, διαπέρασε το βουνό και την οχύρωση σε ύψος περίπου 55μ. επάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ενώ μέσα στο βουνό αποκαλύφθηκε από τις ανασκαφές ότι αποτελούνταν από τρία τμήματα. Τα τμήματα αυτά ήταν τα δύο ευθύγραμμα – το βόρειο, μήκους 4οομ. και το νότιο μήκους 265μ. – και το ένα κεντρικό, πολυγωνικό, με το οποίο το βόρειο συνεργείο τρύπησε και βγήκε στη νότια σήραγγα. Η παρουσία του ακανόνιστου αυτού πολυγωνικού κεντρικού τμήματος οφειλόταν μάλλον σε φυσική στοά στο εσωτερικό του βουνού, μήκους 150μ. περίπου. Η στοά αυτή βοήθησε τον Ευπαλίνο να εξοικονομήσει περίπου 1,5 χρόνο εργασιών, ενώ ταυτόχρονα τον ανάγκασε να φύγει από την ευθύγραμμη πορεία του, επανερχόμενος έπειτα και συνεχίζοντάς την απερίσπαστα. Όταν πια οι δύο κεφαλές των σηράγγων είχαν ελαχιστοποιηθεί σημαντικά, έγιναν καθώς φαίνεται οι απαραίτητες διορθώσεις, ώστε να επιτευχθεί η συνάντηση των σηράγγων μέσα στο βουνό, με απόκλιση μόλις 40 εκ. στο ύψος και 70 στο πλάτος!
Οι βασικές αποφάσεις που πάρθηκαν σε σχέση με τη σήραγγα ήταν:
Η σήραγγα να κατασκευαστεί οριζόντια, για το φόβο των υπόγειων υδάτων, ευθύγραμμη, σε υψόμετρο +55,8μ. από την επιφάνεια της θάλασσας, για να είναι ελάχιστο το μήκος της διάτρησης αμφίστομη, με εκσκαφή συγχρόνως και από τα δύο άκρα για εξοικονόμηση χρόνου
Οι βασικές αυτές επιλογές σε σχέση με το όρυγμα είχαν τα εξής πλεονεκτήματα:
Το οριζόντιο του ορύγματος συντελούσε στην αποφυγή προβλημάτων από την ανακάλυψη υπογείων υδάτων, διευκολύνοντας και τη συνάντηση των σηράγγων. Παράλληλα, αποτελούσε ένα σημείο αναφοράς από το οποίο μετριόταν το βάθος του άλλου κεκλιμένου ορύγματος το οποίο σκάφτηκε στο δάπεδο της σήραγγας για να τοποθετηθούν εκεί οι σωλήνες του νερού.
Το αμφίστομον του ορύγματος επετεύχθη παράλληλα με το ευθύγραμμο της σήραγγας, διότι αν η κατασκευή ήταν αμφίστομη και κεκλιμένη, εκτός από το πρόβλημα των νερών στην κατηφορική σήραγγα, η συνάντηση θα ήταν και ένα πολύπλοκο πρόβλημα στερεομετρίας. Πιο συγκεκριμένα οι σύγχρονες έρευνες που έγιναν, αποδεικνύουν υψόμετρο βόρειου στομίου +55,83μ και νότιου στομίου 55,26μ. Τα υψόμετρα των σηράγγων μάλιστα λίγο πριν τη συνάντησή τους είναι στα βόρεια 55,48μ και στα νότια 55,17μ. Το γεγονός της απόλυτης σχεδόν οριζοντιότητας της σήραγγας είναι εξαιρετικά εντυπωσιακό, προκαλώντας έκπληξη για τις γνώσεις που μπορεί να διέθεταν οι αρχαίοι μηχανικοί όσον αφορά την υλοποίηση του οριζόντιου επιπέδου πάνω στο έδαφος.
Η υπόγεια σήραγγα διέσχιζε το όρος Άμπελο, με μέση διατομή 1,80×1,80μ. Στο δάπεδό της ανοίχτηκε κεκλιμένος αγωγός σε βάθος 8,5μ., κατά μήκος του ανατολικού τοιχώματος του ορύγματος, καταλαμβάνοντας περίπου το μισό πλάτος, μέσα στον οποίο τοποθετήθηκαν πήλινοι σωλήνες για την προσαγωγή του νερού στην πόλη. Το κανάλι του αγωγού έφτανε σε βάθος τα 4μ. στη βόρεια είσοδο, ενώ ξεπερνούσε τα 8μ. στη νότια έξοδο. Επιπλέον μόνο σε ορισμένα σημεία είχε ανοιχτεί σε όλο το βάθος του, ενώ κατά κανόνα εμφάνιζε μία διμερή διατομή η οποία αποτελούνταν από μία ανοιχτή τάφρο και κάτω από αυτήν ένα κατά τμήματα υπόγειο κανάλι.
Πώς δούλεψε ο Ευπαλίνος
Καταρχάς ο Ευπαλίνος όρισε με κοντάρια σκόπευσης μία ευθεία επάνω στο βουνό και μία οριζόντια γραμμή γύρω από αυτό. Με τον τρόπο αυτό προέκυψε και η κατεύθυνση της πορείας του ορύγματος, αλλά και ένα κοινό επίπεδο. Αυτές οι αρχικές μετρήσεις που πάρθηκαν, προβλήθηκαν μέσω απλών μετρήσεων στον κάθετο και οριζόντιο άξονα. Παράλληλα έπρεπε να ληφθούν μέτρα για να μην αποκλίνουν τα δύο ορύγματα, αλλά και για να λυθούν τα προβλήματα που μπορούσαν να προκύψουν από τη μορφολογία του βουνού. Το όρυγμα ήταν έτσι σχεδιασμένο, ώστε κάθε μια από τις διόδους να μετριέται με βάση το μήκος της εκάστοτε βουνοπλαγιάς, ενώ ως σημείο συνάντησης ορίστηκε η κορυφή του βουνού. Έτσι με σημείο συνάντησης την κορυφή του βουνού, οι σήραγγες είχαν διαφορετικό μεταξύ τους μήκος, αλλά οι επιπτώσεις των λαθών κατεύθυνσης περιορίζονταν σημαντικά. Οι δύο ομάδες που εργάστηκαν αμφίστομα, συναντήθηκαν τελικά στο κέντρο με μικρή απόκλιση, παρόλο το γεγονός ότι η βόρεια ομάδα αναγκάστηκε να αποκλίνει από την ευθεία γραμμή, λόγω της σαθρότητας του εδάφους και τον κίνδυνο κατολίσθησης, εγκαταλείποντας έτσι την αρχικά προβλεπόμενη κατεύθυνση, διαγράφοντας τεθλασμένη γραμμή και επιστρέφοντας στη νοητή ευθεία με τελική απόκλιση από την άλλη ομάδα μόλις 0,6μ.
Ο κος Τσιμπουράκης παρέχει δύο εκδοχές σε σχέση με τις μεθόδους με βάση τις οποίες εργάστηκε ο Ευπαλίνος:
α) Με τη βοήθεια του νερού της πηγής:
Σύμφωνα με αυτή την εκδοχή ο Ευπαλίνος έχτισε ένα κεκλιμένο αυλάκι μέσα στο οποίο σε ίσες αποστάσεις κατασκεύασε διαδοχικά φράγματα, ώστε να δημιουργούνται διαδοχικές μικρές λίμνες με την ίδια υψομετρική διαφορά των επιφανειών του νερού τους. Το κάθε φράγμα χτίστηκε σε τέτοιο ύψος, ώστε η λίμνη που δημιουργούνταν να έχει επιφάνεια νερού χαμηλότερη από την προηγούμενη κατά 0,6%. Έτσι τα άνω μέρη των φραγμάτων υλοποιούσαν στο έδαφος μια πολυγωνική διαδρομή με σταθερή κλίση 0,6%.
β) με τη βοήθεια σκοπευτικού οργάνου:
Η μέθοδος αυτή σήμαινε την κατασκευή σε ίσες αποστάσεις μικρών, διαδοχικών πέτρινων βάθρων σε σταθερά χαμηλότερη κάθε φορά στάθμη. Η υψομετρική διαφορά εδώ υλοποιείται όχι με το νερό, αλλά με οριζόντια σκόπευση πάνω σε υποδιαιρεμένο γνώμονα. Έτσι τα σημεία των διαδοχικών βάθρων υλοποιούν στο έδαφος μια πολυγωνική διαδρομή με σταθερή κλίση 0,6%.
Πιθανόν ο Ευπαλίνος να χρησιμοποίησε και τις δύο αυτές μεθόδους για την υλοποίηση του έργου. Την πρώτη γιατί διέθετε έτοιμο επιφανειακό αυλάκι με το οποίο θα υδρεύονταν η πόλη και τη δεύτερη καθώς μέσω της διόπτρας θα έκανε τις χαράξεις του και θα παρακολουθούσε την πορεία των εκσκαφών κάτω από το βουνό. Η όλη εργασία πρέπει να πραγματοποιήθηκε με τρία συνεργεία. Ένα για την κατασκευή του πρώτου τμήματος του υδραγωγείου και δύο για την αμφίστομη σήραγγα.
Όταν το πρώτο συνεργείο κατασκεύασε τα πρώτα 600 μέτρα, ο Ευπαλίνος αποφάσισε να μπει μέσα στο βουνό με υπόγειο τούνελ και να συνδεθεί με τη σήραγγα που είχε ήδη αρχίσει να κατασκευάζεται και στις δύο πλευρές του βουνού. Επάνω στην επιφάνεια του εδάφους διάλεξε τη διαδρομή σύνδεσης ανοίγοντας πάνω της πέντε πηγάδια. Στη συνέχεια συνέδεσε τα πηγάδια με υπόγειο ισοκλινές τούνελ το οποίο άρχισε από το σημείο που είχε σταματήσει το υπόγειο τμήμα του πρώτου μέρους του υδραγωγείου και κατέληξε συνδέοντας τους πυθμένες των πηγαδιών, 3,5μ. χαμηλότερα από την αμφίστομη σήραγγα. Το μήκος του τούνελ αυτού ήταν περίπου 260μ. και το βάθος του 5ου πηγαδιού περίπου 15μ. Το τούνελ των πέντε αυτών πηγαδιών θα κατασκευάστηκε οπωσδήποτε με σκοπευτικό όργανο, γιατί αλλιώς δεν θα μπορούσε να τηρηθεί η κλίση του 0,75% κατά τις εργασίες διάνοιξης, μέθοδος πρωτοποριακή όπως και η αντίστοιχη των πηγαδιών.
Με τη βοήθεια της διόπτρας ο Ευπαλίνος με οριζόντια όδευση θα κατασκεύασε διαδοχικά τα πέτρινα βάθρα, περιμετρικά του βουνού, μέχρι τη νότια πλαγιά του. Τα βάθρα αυτά πάνω στην ίδια υψομετρική καμπύλη, υλοποιούσαν πάνω στο έδαφος την τομή του οριζόντιου επιπέδου που διάλεξε ο Ευπαλίνος με την επιφάνεια του βουνού. Το επίπεδο αυτό είναι δυνατόν να υλοποιήθηκε με την κατασκευή ενός πέτρινου οριζόντιου αυλακιού το οποίο γέμισαν με νερό. Η στάθμη του νερού θα υλοποιούσε το ίχνος του οριζόντιου επιπέδου επάνω στο έδαφος. Έπειτα ο Ευπαλίνος θα πρέπει να διάλεξε πάνω στην καμπύλη των βάθρων το σημείο Ν από το οποίο θα άρχιζε η βόρεια σήραγγα του ορύγματος, μάλλον με εδαφολογικά κριτήρια. Έπειτα διάλεξε την ομαλότερη ράχη για να διαμορφώσει από πάνω της την ευθυγραμμία που θα όριζε το κατακόρυφο επίπεδο της υπό κατασκευήν σήραγγας. Η ευθυγραμμία αυτή υλοποιήθηκε εύκολα με την τοποθέτηση κορυφαίων γνωμόνων πάνω στην πλαγιά του βουνού και πάνω στην ίδια οπτική ακτίνα από το επιλεγμένο σημείο Ν. Η τομή της ευθυγραμμίας με την καμπύλη των βάθρων όρισε το σημείο στα νότια του βουνού, όπου και θα άρχιζαν οι εργασίες εκσκαφής της νότιας σήραγγας του ορύγματος. Η σύγχρονη έρευνα έχει αποδείξει ότι ο Ευπαλίνος έκανε χρήση ευθυγραμμίας κατακόρυφων ακοντίων, με σκοπευτικό όργανο.
Τα σκοπευτικά όργανα του έργου ήταν βασικά ένα γωνιόμετρο μέτρησης οριζόντιων γωνιών, καθώς και ένα επιτραπέζιο γωνιόμετρο. Παράλληλα, θα πρέπει να υπήρχε και όργανο που θα μετρούσε κατακόρυφες γωνίες και θα υλοποιούσε σκοπευτικά το οριζόντιο επίπεδο.
Τα σχετικά δείγματα που αποδεικνύουν χρήση τέτοιων οργάνων είναι:
η υλοποίηση του οριζόντιου επιπέδου της σήραγγας
η υλοποίηση και η πύκνωση της ευθυγραμμίας των ακοντίων στη ράχη του βουνού
η οριζόντια απόσταση ανάμεσα στα σημεία εισόδου των σηράγγων στο βουνό
το κατέβασμα της ευθυγραμμίας των ακοντίων στο οριζόντιο επίπεδο
η οριζοντιότητα της βόρειας και της νότιας σήραγγας
η τήρηση της κλίσης στα τούνελ των πηγαδιών, στο βόρειο, στο νότιο και το κεντρικό τμήμα του υδραγωγείου
Επάνω στα τοιχώματα της σήραγγας έχουν βρεθεί τα πρωτότυπα σημάδια του προσδιορισμού της πορείας της σήραγγας. Η αξιολόγηση των σημαδιών αυτών βοήθησε ιδιαίτερα τη σύγχρονη έρευνα να οδηγηθεί σε συμπεράσματα σε σχέση με τα μεμονωμένα στάδια εργασιών και την αναπαράσταση ολόκληρης της διαδικασίας του σχεδιασμού.
Από τη νότια έξοδο της σήραγγας, το υδραγωγείο προχωρούσε παράλληλα με την πλαγιά του βουνού μέχρι το κέντρο της πόλης στο λιμάνι. Ο αγωγός της πόλης σκάφτηκε σε όλο του το μήκος κάτω από τη γη με τη βοήθεια φρεατίων σε αποστάσεις από 11 έως 25μ. που έπειτα συνδέθηκαν μεταξύ τους. Κατά μήκος αυτού του τμήματος είχαν τοποθετηθεί σε λογικές μεταξύ τους αποστάσεις κρήνες με δεξαμενές απ’ όπου οι κάτοικοι μπορούσαν να προμηθεύονται νερό.
Για τον αγωγό σύνδεσης με την πηγή χρειάστηκε να εξορυχθούν περίπου 1500κ.μ. φυσικού βράχου, για το όρυγμα με την τάφρο και το τελικό κανάλι σχεδόν 5000κ.μ. και για τον αγωγό μέσα στην πόλη άλλα 1000κ.μ. Όλες μάλιστα οι εργασίες αυτές έγιναν με σφυρί και καλέμι. Για τις συμπληρωματικές εργασίες του έργου θα πρέπει πίσω στη σήραγγα να μεταφέρθηκαν περίπου 300κ.μ. λίθοι, αλλά και σχεδόν 5000 πήλινοι σωλήνες οι οποίοι κατασκευάστηκαν στον τροχό και μεταφέρθηκαν στον πυθμένα του καναλιού.
Σε σχέση με τη λειτουργία του αγωγού, παρουσιάστηκε καθώς φαίνεται ένα βασικό πρόβλημα. Καθώς το νερό της πηγής περιείχε υψηλό ποσοστό ασβεστίου, μέσα σε μερικά χρόνια οι σωλήνες του αγωγού γέμισαν με πουρί, με αποτέλεσμα για να αποκατασταθεί η σωστή λειτουργία, να χρειαστεί να ανοιχτούν οι σωλήνες του αγωγού στο επάνω μέρος σε όλο το μήκος τους, παραμένοντας στη θέση μόνο το ένα τρίτο της διατομής τους σαν αυλάκι, που από καιρό σε καιρό έπρεπε να καθαρίζεται.
Ο Ευπαλίνος κατάφερε να υλοποιήσει ένα ιδιαίτερα τολμηρό εγχείρημα, μετά από διεξοδική προφανώς επιτόπια έρευνα, αλλά και μέσα από σημαντικούς θεωρητικούς υπολογισμούς. Το όρυγμα θα πρέπει σαφώς να σχεδιάστηκε στο “χαρτί” όπου και θα πρέπει να αναπτύχθηκαν όλα τα στάδια εργασίας του, αλλά και οι τροποποιήσεις που έγιναν.
πηγή :tmth.edu.gr
