Ο Δίολκος στον Ισθμό της Κορίνθου: Γεωμετρικά στοιχεία πλοίων - The Diolkos on the Isthmus of Corinth: Dimensions, capacities and other characteristics of ships

 

Ο ΔΙΟΛΚΟΣ ΣΤΟΝ ΙΣΘΜΟ ΤΗΣ ΚΟΡΙΝΘΟΥ

ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΛΟΙΩΝ

 

...Τόφρα δ’ ἐνεῖκε τέρετρα Καλύψω διὰ θεάων

τέτρηνεν δ’ ἄρα πάντα καὶ ἥρμοσεν ἀλλήλοισιν,

γόμφοισιν δ’ ἄρα τήν γε καὶ ἁρμονίησιν ἄρασσεν...

(Ὀδύσσεια Ε΄, 246-248)

...Τότε η νεράιδα Καλυψώ του φέρνει ένα τρυπάνι, κι όλα σαν τα τρυπάνισε και τάδεσε ενωμένα, με ξυλοκάρφια ταίριαζε τη σκάφη και δαβίδια...

Εικ.1: Ιδεατή αναπαράσταση λιμένα κατά Bass με διάφορους τύπους πλοίων. Πηγή: Atlas versunkener schiffe, σελ. 58, Εκδόσεις Bechtermunz 1999.

 

Η τοποθέτηση των σκαφών πάνω στους ολκούς, ώστε να επιτευχθεί ισορροπία, ήταν πάντοτε μια θεμελιώδους σημασίας εργασία. Αυτή θα γινόταν εύκολα με τρόπο τυποποιημένο και με απλά μέσα.

Για την κατανόηση των πιθανών τρόπων φορτώσεως, είναι απαραίτητη η γνώση των γεωμετρικών στοιχείων των σκαφών, για όσα τουλάχιστον, διαθέτουμε μαρτυρίες ότι υπερνεωλκύθηκαν στον Ισθμό.

Αυτά είναι οι λιβυρνίδες, τριήρεις και δρόμωνες. Ο πίνακας σε σχέδιο του Coates, μας δίνει μια εικόνα μερικών χαρακτηριστικών των πλοίων της αρχαιότητος. Εξετάζουμε το πρώτο πλοίο του πίνακα, την Λιβυρνίδα, τον κύριο τύπο του στόλου του Αντωνίου που, καταδιωκόμενος από το στόλο του Οκταβιανού, μεταφέρθηκε μέσω του Ισθμού.

Εικ.2: Γενικά χαρακτηριστικά και σύστημα κωπηλασίας μιας τριμηολίας βασισμένα στο ανάγλυφο της Λίνδου και στο μνημείο της Νίκης της Σαμοθράκης. Σχέδια: John Coates.

 

Λιβυρνίς:

Από τα γεωμετρικά στοιχεία, τα οποία απεικονίζονται στην εικ. 117, λαμβάνουμε:

α) Η απόσταση του κέντρου βάρους G από το κάτω μέρος της καρίνας είναι L=3,0 μ.

β) Η απόσταση του μετακέντρου Μ από το κάτω μέρος της καρίνας είναι L=4,50 μ.

γ) Απόσταση MG=1,50 μ.

δ) Το μήκος του σκάφους, στην επιφάνεια του νερού, ανέρχεται σε WL=18,0 μ.

ε) Το πλάτος στην ίσαλο γραμμή, ανέρχεται σε BWL=5,50 μ.

ζ) Το πλάτος και μήκος στην γραμμή (1) όπου ευρίσκεται το πηδάλιο, ανέρχεται σε Β1=5,15 μ. και L=17,25 μ.

η) Ομοίως στην γραμμή (2) το πλάτος Β2=3,30 μ. και το μήκος L=16,50 μ.

θ) Το επίπεδο τμήμα της καρίνας έχει μήκος L=8,0μ. Το πριν απ’ αυτό στην πρύμνη L=6,50 μ. και το μετά από αυτό στην πλώρη L=5,50 μ. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να τοποθετηθεί το πλοίο σ’ ένα «Βάζο», το οποίο θα είχε μήκος L=8,0 μ. και η προσομοίωση του συστήματος αυτού θα μας έδινε μια αμφιπροέχουσα δοκό, με προβόλους 6,50 και 5,50 μ. αντίστοιχα και μήκος μεταξύ των στηρίξεων 8,0 μ.

Εικ.3: Ασημένια νομίσματα με παραστάσεις τριήρους. Πηγή: «Το πλοίο στην αρχαιότητα» Ε. Σπαθάρη, Αθήνα.

 

Τριήρης:

Θα πάρουμε ως υπόδειγμα μία ελληνική τριήρη, όπως είχε παγιωθεί τον 4ο π.Χ. αι.

Το συνολικό βάρος της τριήρους, ανέρχεται σε 45 τόνους. Αυτό προσδιορίζεται από τα επιμέρους βάρη:

Κέλυφος βάρος 21 τόνοι

Εφόδια βάρος 3,8 τόνοι

Πλήρωμα βάρος 15 τόνοι

Έρμα βάρος 5 τόνοι

Συνολικό βάρος: 45 τόνοι

Γι’ αυτή τη τριήρη, βάρους 45 τόνων και μήκους 36,8 μ. έχουμε τα κάτωθι γεωμετρικά χαρακτηριστικά:

α) Η απόσταση του κέντρου βάρους G, από το κάτω μέρος της τρόπιδας (καρίνας) είναι L=2,20 μ.

β) Η απόσταση του μετακέντρου Μ, από το κάτω μέρος της τρόπιδας είναι L=2,80 μ.

γ) Η απόσταση μεταξύ του G και του μετακέντρου, ανέρχεται σε L=0,60 έως 0,75 μ.

δ) Το μήκος της τριήρους στην επιφάνεια της θάλασσας (στην ίσαλο γραμμή) είναι LWL=32,20 μ.

ε) Το πλάτος της τριήρους στην επιφάνεια της θάλασσας (στην ίσαλο γραμμή) είναι BWL=3,62 μ.

ζ) Το πλάτος και το μήκος στην γραμμή (1), εκεί όπου βρίσκεται το πηδάλιο, ανέρχεται σε B1=3,30 μ. και L1=31,0 μ. αντιστοίχως.

η) Ομοίως το πλάτος και το μήκος στη γραμμή (2), ανέρχεται σε Β2=3,0 μ. και L2=26,0 μ. αντιστοίχως.

θ) Το επίπεδο τμήμα της τρόπιδας (καρίνας) είναι L=20,20 μ. Το πριν από αυτό τμήμα προς την πλώρη είναι μήκους L=10,80 μ. και μετά από αυτό το τμήμα προς την πρύμνη είναι μήκους L=8,0 μ.

ι) Το βύθισμα ανέρχεται σε 1,10 μ. για τριήρη 45 τόνων, πέραν αυτού 1,1 εκατοστό/ανά τόνο βάρους. Ειδική αναφορά πρέπει να γίνει για τα υποζώματα, έτσι ώστε να γίνει κατανοητός ο τρόπος λειτουργίας τους.

Η γνώση μας γι’ αυτά, προκύπτει εμμέσως και βασίζεται κυρίως στις αναφορές αρχαίων συγγραφέων και ποιητών, όπου περιγράφεται η χρήση τους.

Εικ.4: Κατά μήκος τομή τριήρους με υποζώματα. Πηγή: John Morisson «Η τριήρης», Mainz 1990.

 

Υποζώματα:

κλωστοῦ δ’ ἀμφιβόλοις

λίνοιο ναὸς ὡσεὶ

σκάφος κελαινόν

(Ευριπίδης Τρωάδαι, 537-538)

...Κι αφού τριγύρισαν με στριφτά σχοινιά το δολερό άλογο -όπως του πλοίου το μαύρο σκάφος-...

 

Τα υποζώματα ήταν σχοινιά τα οποία δένονταν ανά δύο, κατά μήκος του άξονα του σκάφους, από την πρύμνη μέχρι την πλώρη, κάτω από το κατάστρωμα στη μέση της κατά πλάτος τομής.

Τα επέβαλε η ανάγκη περιορισμού των καμπτικών τάσεων, οι οποίες αναπτύσσονταν στους αρμούς των σανιδωμάτων του σκάφους, ιδιαίτερα στο μέσον του, με κίνδυνο την τοπική αποκόλληση των ξύλινων στοιχείων.

Οι τάσεις αυτές ήσαν αυξημένες, στην περίπτωση κατά την οποία, το σκάφος πλέοντας στη θάλασσα, συναντούσε κυματισμούς, των οποίων το μήκος κύματος ήταν όσο το μήκος του σκάφους στην ίσαλο γραμμή και στηριζόταν στην κορυφή του κύματος. Στην περίπτωση αυτή, θεωρείται το σκάφος ως μία αμφιπροέχουσα δοκός, με στήριξη (σημειακή) στην κορυφή του κύματος. Η μεγίστη τάση η οποία αναπτύσσεται καθ’ ύψος, στην κατά πλάτος τομή του σκάφους και στη μέση του μήκους αυτού είναι περίπου 1,1 Ν/m2.

Εικ.5: Εικόνα τμήματος μισού κελύφους τριήρους. Πηγή: John Morisson «Η τριήρης», Mainz 1990.

Οι τάσεις αυτές κατανέμονται γραμμικά καθ’ ύψος και μηδενίζονται στην τρόπιδα (καρίνα). Προς αποφυγή λοιπόν πιθανών βλαβών που θα μπορούσαν να προκληθούν στο σκάφος, γινόταν χρήση των υποζωμάτων. Ήταν σχοινιά με διάμετρο 40 χιλ. και μήκος λίγο μεγαλύτερο από το διπλάσιο του μήκους του σκάφους. Αυτά διέτρεχαν το σκάφος στο εσωτερικό του κελύφους, λίγο χαμηλότερα από τους δοκούς του καταστρώματος, και κατά 0,5 μ. ψηλότερα από την ουδέτερη γραμμή, της κατανομής των καμπτικών τάσεων καθ’ ύψος στο κέλυφος.

Το σχοινί ξεκινούσε από την πρύμνη, εκτεινόταν μέχρι την πλώρη, όπου εκεί έκανε θηλιά και επέστρεφε προς την πρύμνη όπου δενόταν. Και τα δύο αυτά τμήματα του σχοινιού, αφού είχαν δεθεί καλά, τεντώναν από την πρύμνη προς την πλώρη με μία δύναμη, ίση με 13,5 τόνους. Η ένταση αυτή προκαλούνταν με ένα μηχανισμό στο μέσον του μήκους του διπλού σχοινιού, έτσι ώστε τα δύο τμήματα του ιδίου σχοινιού να έχουν στρίψει στο τέλος, να έχουν περιελιχθεί και να αποτελούν πλέον ένα σχοινί. Αυτό, πλέον, το ενιαίο στριφτό σχοινί ήταν υπό ένταση και παρελάμβανε μέρος των τάσεων που αναπτύσσονταν στο κέλυφος του σκάφους κατά τον πλου.

Δεν είναι ακριβώς γνωστό πώς γινόταν το δέσιμό του στο σκάφος, πώς παρέμεινε σε ένταση ή χαλάρωνε όταν έπρεπε. Ακόμα, δεν είναι γνωστό το είδος του σχοινιού και ο τρόπος κατασκευής του.

Εικ.6: Τομή κατά πλάτος ημίσεως κελύφους τριήρους. Σημειώνονται γεωμετρικά στοιχεία αυτής και η θέση του υποζώματος. Πηγή: John Morisson «Η τριήρης», Mainz 1990.

 

Η τριήρης «Ολυμπιάς», η οποία ανακατασκευάστηκε βάσει ενός οργανωμένου σχεδιασμού από τις ελληνικές ένοπλες δυνάμεις, με τη βοηθεία μεγάλων ναυπηγών, ειδικευμένων στην αρχαία ελληνική ναυπηγική, όπως ο John Morrison, ο John Coates, ο Δημήτριος Παπαδάς και άλλοι, επέλυσε πολλά προβλήματα στην πράξη, τα οποία είχαν σχέση με την τριήρη. Αυτά αφορούσαν τα υλικά, τον τρόπο κατασκευής, τον τρόπο πλεύσεως, τη συντήρησή της κ.ά. Παρά τη σημαντική πρόοδο που έγινε, παραμένουν ακόμα αρκετά προβλήματα τα οποία δεν έχουν επιλυθεί και τα οποία χρήζουν περαιτέρω μελέτης.

Για τη μεταφορά της τριήρους πάνω στον ολκό, στο Δίολκο στον Ισθμό της Κορίνθου, πρέπει να δεχθούμε ότι τα υποζώματα των σκαφών παρέμεναν στη θέση τους και σε κατάσταση έντασης. Και τούτο διότι χρειαζόταν αρκετός χρόνος για το λύσιμό του. Εξάλλου, τα υποζώματα θα μπορούσαν να προλάβουν πιθανές παραμορφώσεις από άστοχη κίνηση, κυρίως κατά την έδραση του σκάφους στον ολκό, και κατά τη μεταφορά του σκάφους πάνω στον ολκό. Ομοίως το έρμα του σκάφους παρέμενε εντός αυτού. Αυτό εξυπηρετούσε την ισορροπία του σκάφους πάνω στον ολκό.

 

Βιβλιογραφία: "Ο ΔΙΟΛΚΟΣ ΣΤΟΝ ΙΣΘΜΟ ΤΗΣ ΚΟΡΙΝΘΟΥ" Απόστολος Ε. Παπαφωτίου, Πολιτικός Μηχανικός Ε.Μ.Π. Προλογίζει ο καθηγητής Ε.Μ.Π. Θεοδόσιος Π. Τάσιος.

 

Την ταινία “Δίολκος για 1500 χρόνια” μπορεί να την παρακολουθήσει κανείς στο: https://youtu.be/n--mWBKwBDI

 

Δρ. Απόστολος Ε. Παπαφωτίου

Πολιτικός Μηχανικός Ε.Μ.Π.

Οικονομολόγος Ε.Κ.Π.Α.

Εικ.7: Απόσπασμα από την ταινία “Δίολκος για 1500 χρόνια”.

 

THE DIOLKOS ON THE ISTHMUS  OF CORINTH

DIMENSIONS, CAPACITIES AND OTHER CHARACTERISTICS OF SHIPS

 

Fig.1: Representation of Greek harbor, after Geo. Bass, showing various kinds of merchant ships and one warship. Source: Atlas Versunkener Schiffe, p. 58, ed, Bechtermunz, 1999.

The placement of the ships’ hull on the carriages in such a way as to achieve balance and equilibrium was always a skilled operation of fundamental importance. This could be reality done only in standard ways and by simple means.

To understand the methods of loading [ships on carriages] that were most likely used, it is essential to know the geometric characteristics (capacities, dimensions shapes, weight distribution) of the ships, at least in so far as there is evidence that they were pulled over the D across the Isthmus.

These ships were the Liburnians, trieres and drowous.  The diagram, drawn by John Coates, gives evidence of some characteristics of ancient ships. We shall begin with the first ship in the table, the Liburnian, the main type in the fleet of Mark Anthony, shich, pursued by Octavian’s fleet, and was transported across the Isthmus. 

Fig.2: General characteristics and system of oars of trihemiolia, based on relief carving at Lindos and Winged Victory of Samothrace monument in Louvre Museum. Drawings by John Coates.

 Luburnian:

From the geometric characteristics, which are given in fig. 118/146 we see that:

The distance of the center of gravity G from the bottom of the keel H=3.0 m.

The distance of the center of buoyancy M from the bottom of the keel H=4.5 m.

The meta centric height MG = 1.5 m

The hull’s length at the water’s surface is LWL = 18.0 m

The hull’s beam at the water’s surface is BWL = 5.5 m

The length and beam at the level of the steering oar are L (1) = 17.25 m and B (1) = 5.15 m.

Correspondingly at the Line 2 they are L (2) = 16.50 m and B (2) = 3.30 m

The straight part of the keel ahs a length LK = 8.0; the curved part of it forward toward the kell l= 6.5 m and that of and of it toward the stern is L = 5.5 m. This means the ship can be set upon “vasa” with the length  L = 8.0 m, and the comparison of this system gives a doubly projecting beam with overhangs of 6.5 and 5.5 m and a length between supports of 8.0 m.

 

Fig.3: Silver coins with representations of triremes.  Source: «To Ploίo stin Arkhaiotita (The Ship in Antiquity)», E. Spatharis, Athens.

Trireme:

As an example, we may take a Greek trireme as its character became standardized in the 4th cent AD.

The total weight of the trires comes to 45 tons. This can be broken down into the following partial weights:

Lull 21 tuns, fitting (rig) 3.8 tons, crew 15 tons, ballast 5 tons. For this trireme weighing 45 tons and 36.8 m long, we have the following geometric characteristics:

Height of center of gravity G above bottom of kell is H = 2.20

Height of center of buoyancy M above bottom of kell is H = 2.80

Meta centric height MG = 0.60 – 0.75 m.

Length of trireme at rea’s surface (waterline) LWL =32.20 m

Beam of trireme at rea’s surface (waterline) BWL = 3.62 m

The length and width at line 1, the level of the top of the steering oar, is one respectively L, = 31.0 and B = 3.30 m

Correspondingly values at line 2 are L2 = 26.0 and B2 =3.0m

The straight part of the kell LK = 20.20m; the inclined portion forward is L = 10.80m and aft is L=8.0m

The draft d = 1.10m for a trirme of 45 tons, moreover… … … per ton of weight.

 

Fig.4: Longitudinal section through trireme, showing hypozomata. Source: John Morisson, «The Trireme», Mainz, 1990.

Hypozomata:

Special mention must be made of the hypozomata [undergirdigs], so that one can understand their function. Our knowledge of these is derived indirectly and is based chifly on references in ancient writers and poets, whose works describe their use.

“…  after they had girdled with laid ropes the tricky horse – like the black hull of a ship – the hypozomas [girdling lines] were ropes tied in pairs along the hull’s length, form stain to stern, below the deck in the middle of the ship cross section. They were due to the need to curtail the surrounding tensions which develop at the joints of the hulls planking, especially in its middle thratining of local disconnection of its wooden members.

These ensions were aggravated if the ship while under way in the sea encountered wave action, in which the wave length was the same as the ship’s length at the water line and the ship was supported on the wave crest. In this situation the hull may be thought of as a kolloms beam projecting at both ends and supported in between only at the paint of the wave crest. The greatest stress that develops at height, amidships and the middle of the ship’s length, is about 1.1 N/m2. 

 

Fig.5: Part of half-hull of trireme. Source: John Morisson, «The Trireme», Mainz, 1990.

These stresses are apportioned linearly over the height and decrease to zones at the keel. Thus, to avoid possible damages to the hull, recourse was had to. The hypozomata were used. These were strong heavy ropes 40 mm in diameter and somewhat longer than twice the length of the hull. They ran trough the interior of the hull, a little below the deck beams and about 0.5m above the neutral line representing the apportionment surrounding stresses over the depth of the hull.

The hypozome rope began at the stern and extended o the bow, where it made a loop and returned to the stern, where it was again tied. And these 2 parts of the rope, once they were securely fastened stretched from stern to bow with a tensional force of 13.5 tons. 

This tensional stress was produced by a mechanism in the middle of the length of the double line, such that the two parts of the same rope, twisted end to end, have been wound together into a single cable. This single unified twisted cable moreover was under tension and took up part of the stresses that developed in the hull of the ship under way in the sea, like a Spanish windlass.

We do not know exactly how thin ropes was fastened to the hull or how it was kept under tension and slashed off when necessary. Nor do we know the kind of rope fiber or how it was made.

Fig.6: Half of transverse section through hull of trireme, showing its various parts and location of hypozome. Source: John Morisson, «The Trireme», Mainz, 1990.

 The trireme Olympias, which was built on the basis of an organized project by the Greek Navy with the aid of prominent shipbuilders, naval architects and nautical scholars such as john Marrison, john Coates, Demetrios Papadas and others, experts in ancient Greek shipbuilding, encountered many practical problems associated with the trireme. These had to do with the materials, the methods of design and building, of sailing and navigation, maintenance, etc. Despite the significant progress that was made, many unsolved problems remain that require further research.

In the transport of treremes on a carriage, over the D across the Corinthian Isthmus, we must assume that the hypozomes of these ships’ hulls remained in place in a state of tension, and also because their slacking off would have taken much time. Moreover the Hypozomes would have prevented possible deformations from the forward movements, chiefly during the placement of the ship’s hull on the carriage and its movements on it. Likewise the ship’s ballast remained within it. This would have made for balance and equilibrium of the ship upon the carriage.

 

Bibliography: "THE DIOLKOS ON THE ISTHMUS OF CORINTH" by Apostolos E. Papafotiou, Civil Engineer N.T.U.A. (National Technical University of Athens). Foreword by Theodosius P. Tasios, Prof. at N.T.U.A. (National Technical University of Athens).

 

Animation film "Diolkos for 1500 years": https://youtu.be/3GtE0kfWDuU

 

Dr. Apostolos E. Papafotiou

Civil Engineer N.T.U.A.

Economist N.K.U.A.

 

Fig.7: Animation film "Diolkos for 1500 years".