Amfore su tijekom antike, a dijelom i srednjeg vijeka, služile kao univerzalni spremnici za vino, ulje, usoljene riblje proizvode te prijevoz morem i kopnom svih već spomenutih, a i brojnih drugih dobara. Amfore su se proizvodile tisućama godina, uz brojne varijacije njihovoga oblika, no sve su morale zadovoljiti praktične potrebe za čvrstoćom i otpornošću na lom tijekom transporta. Proizvodile su se na brojnim lokacijama diljem Mediterana, a analizom arheoloških ostataka na mjestima proizvodnje dolazi se do brojnih informacija koje izravno ili posredno doprinose spoznajama o njihovim mehaničkim svojstvima.
Kilikoglou i Vekinis (2002) proveli su eksperimentalno istraživanje graničnih deformacija amfora kako bi odredili granicu popuštanja materijala. Zatim su dobivene vrijednosti graničnih deformacija koristili kako bi metodom konačnih elemenata (MKE) odredili izdržljivost amfore za opterećenja koja se redovito pojavljuju pri njihovom korištenju. Za različite debljine stijenki amfora te različite vrste keramike odredili su graničnu krivulju popuštanja materijala.
Radić Rossi et al. (2004) primijenili su MKE u analizi podrijetla i funkcije šiljatog dna amfore. Analizirani su slijedeći tipovi amfora: Py 3B, Lamboglia 2, Dressel 20 te hipotetički tip Py 3B s ravnim dnom. Uobičajene interpretacije uloge šiljka obuhvaćaju zabijanje u zemlju ili pijesak, slaganje u slojevima u teretni prostor broda te hvatište prilikom manipulacije teškim posudama. Provedenom analizom u linearnom području (keramika kao elastični materijal) pokazano je kako šiljak višestruko očvršćuje amforu, štiteći ju od udaraca o neravnu podlogu. Autori su zaključili kako je povećanje amfora te povećanje njihove pouzdanosti bilo osnovni razlog njihovoga zašiljenoga dna.
Četiri godine kasnije Hein et al. (2008) objavili su sustavno istraživanje ostataka amfora na iskopinama u antičkoj Halasarni na grčkom otoku Kosu. Autori su proveli analizu kemijskog sastava za više desetaka uzoraka podijeljenih u grupe te odredili udjele pojedinih kemijskih elemenata u materijalu, kao i njihovo rasipanje oko srednje vrijednosti tih udjela. Mikrofotografski su analizirali prisutnost uključaka u osnovnom materijalu te zaključili kako su kemijski sastav smjese i mehanička svojstva keramike bili postojani tijekom čitavog razdoblja proizvodnje amfora na toj lokaciji, od 5. do 1. stoljeća pr. Kr. Istodobno, oblik amfora mijenjao se tijekom tog razdoblja. Stoga su modelirali amfore različitih oblika, proizvedenih u rasponu od 4. do 1. stoljeća pr. Kr., te proveli analizu čvrstoće metodom konačnih elemenata. Zaključili su kako je analiza pružila jasan dokaz da je u slučaju tih amfora razvoj njihovoga oblika tijekom vremena bio rezultat tehnoloških poboljšanja: dok je težina amfora ostajala približno ista, kapacitet amfora se povećao, a smanjila su se naprezanja pod tipičnim opterećenjima njihovih ramena i tijela. Provedeno ispitivanje ograničeno je na pet različitih oblika amfora s jedne lokacije i na jednostavne modele, a ostvareno je analizom u linearnom području, odnosno bez mogućnosti istraživanja pojava pukotina i loma. Stoga su autori sugerirali potrebu za dodatnim, složenijim numeričkim simulacijama.
Nakon toga, Hein i Kilikoglou (2014) nastavili su istraživanje čvrstoće amfora, odnosno načina njihovoga loma, pomoću MKE. Modelirali su nekoliko amfora, postavljenih u više redova na način na koji bi bile smještene u teretnom prostoru broda, te analizirali naprezanja na mjestu njihovoga kontakta. Zaključili su kako se lom amfore može očekivati u slučaju da kontaktna sila premaši 1000N. Simulacija nije uzela u obzir faktor trenja niti lom amfore. Autori su zaključili kako primjena MKE u arheološkim istraživanjima, kroz simulaciju strukturnog i mehaničkog odziva razmatranih objekata ima veliki potencijal te upozorili na razmjerno mali broj objavljenih publikacija. Time se završava pregled radova koji su koristili MKE u modeliranju i ispitivanju modela amfora.
Brod je, prema riječima slavnog njemačkog filozofa J. W. F. Hegela, „oruđe kojega izum čini najveću čast kako ljudskoj odvažnosti, tako i njegovu razumu.“ (Hegel 1837). Arheološki ostatci govore nam o brodovima prošlih vremena, a numeričko modeliranje moglo bi pomoći u njihovoj vjerodostojnoj rekonstrukciji. Osim toga, na mjestima brodoloma često se pronalazi brodski teret bez ikakvih ili uz skromne ostatke broda koji ga je prevozio, a rekonstrukcija takvih događaja uglavnom se zaustavlja na razini neprovjerenih pretpostavki.
Potpunu analizu i rekonstrukciju potonuća suvremenog teretnog broda prikazali su Kery i Fisher (2012). Koristeći suvremene inženjerske alate razradili su metodologiju numeričke analize za potrebe određivanja uzroka brodoloma broda na teškom moru. Metodologija obuhvaća analizu pomorstvenosti i zatim čvrstoće broda za različita opterećenja koja nastaju uslijed plovidbe teškim morem. Metodologija je jednako primjenjiva za analizu antičkih brodoloma, uvažavajući konstrukcijske razlike između antičkih i suvremenih brodova.
Kery i Stauffer (2015) analizirali su procese tafonomije (geoloških i bioloških procesa nakon potonuća broda) u kontekstu djelovanja morskih struja, valova i drugih okolišnih uvjeta na razgradnju i razmještaj ostataka broda i tereta s prolaskom vremena. U radu su se koristili suvremenim inženjerskim alatima (softver Orcalflex) za modeliranje svih posljedica djelovanja okolišnih sila na brod nakon njegovog potonuća ispod morske površine, uključujući udar u morsko dno i rasipanje tereta prilikom potonuća. U radu su, uz ostalo, naglasili problem manjka podataka i istraživanja kada je riječ o antičkim brodolomima.
Rudan i Radić Rossi (2017; 2020) predstavili su složenu analizu prevrnuća i potonuća antičkog broda nakrcanog teretom. Simulacija je obuhvatila scenarij u kojem je oštećeni brod, prepušten djelovanju vjetra i valova, naplavljen, prevrnut te konačno potopljen, sve do istresanja brodskog tereta (amfora) na morsko dno. Simulacija je ukazala na mogućnost analize različitih scenarija brodoloma, pri čemu je najvjerojatniji scenarij onaj koji kao rezultat simulacije daje sliku brodoloma na morskom dnu približno jednaku onoj na nalazištu. U radu je istražen koncept takve simulacije, uz izostanak primjene na konkretan brodolom. Zaključeno je kako sustavna analiza brodoloma, uz uvažavanje arheoloških, klimatoloških i drugih znanstvenih činjenica omogućuje definiranje scenarija i provedbe odgovarajućih simulacija može dovesti do znanstveno utemeljene potvrde uzroka brodoloma.
Murray et al. (2017) proveli su eksperimentalna istraživanja uloge valosjeka mediteranske galije u bazenu, koristeći model broda u mjerilu 1:20. Rezultate su usporedili s onima za klasičan pramac trgovačkog broda. Mjerili su i uspoređivali otpor broda pri različitim brzinama plovidbe. Usporedbom s eksperimentima provedenim na Tehničkom sveučilištu u Ateni zaključili su kako rezultati potvrđuju pretpostavku da je valosjek imao funkciju povećanja hidrodinamičke učinkovitosti trupa. Eksperimenti ne isključuju mogućnost da je takav pramac mogao biti korišten i u oružane svrhe, no nedvojbeno potvrđuju njegov utjecaj na povećanje brzine broda.
Kerry (2017) je u svom radu predstavio mogućnosti suvremenih metoda u simulaciji ponašanja broda u olujnim uvjetima. U radu se koristi modeliranjem nelinearnih valova u kombinaciji s orkanskim vjetrom, što zajedno uzrokuje nelinearan odziv broda na valovima, često vodeći u prevrtanje i potonuće broda. Predstavljena metodologija primijenjena je na četiri vrste broda iz različitih razdoblja povijesti, uključujući i generički model škune s jedriljem na dva jarbola, koja po mnogim svojim značajkama nalikuje antičkim i srednjovjekovnim brodovima.
U preglednom članku Rudan i Radić Rossi (2018) prikazali su i brojne mogućnosti primjene suvremenih inženjerskih metoda u arheologiji broda. Pozornost su usmjerili na analizu konstrukcija izrađenih od keramike i drva te provedbu složenih simulacija pomorstvenosti, prevrtanja i potonuća broda metodom konačnih elemenata te metodom interakcije konstrukcije i fluida. Ukazali su na mogućnosti i značaj provedenih simulacija u istraživanju i interpretaciji različitih scenarija oštećenja i loma konstrukcija te njihovoga tereta. Zaključili su kako takva interdisciplinarna istraživanja zahtijevaju tijesnu suradnju arheologa i inženjera te ukazali na postojanje vrlo ograničenog broja publikacija o takvim istraživanjima. Tri navedena članka, kojih su autori Rudan i Radić Rossi, rezultat su projekta AdriaS – Archaeology of Adriatic Shipbuilding and Seafaring (IP-2014-09-8211), koji je financijski podržala Hrvatska zaklada za znanost.
Helfman et al. (2019) koriste MKE za usporedbu dvije osnovne izvedbe drvenih brodova: one kod kojih se prvo radi oplata i one kod kojih se prvo grade rebra. Provedena je jednostavna linearna statička MKE analiza, kao nastavak istraživanja iz Helfman et al. (2018). Posljednje istraživanje je pokazalo kako postoje tri kritična međuovisna čimbenika koja određuju relativnu jačinu konstrukcije za ove dvije tehnike gradnje broda: broj poprečnih rebara, broj uzdužnih ojačanja te njihov relativni položaj.
Literatura:
Hegel, J. W. F. 1837. Vorlesungen über die Philosophie der Weltgeschichte. Eduard Gans, Berlin.
Hein, A., Georgopoulou, V., Nodarou, E., Kilikoglou, V. 2008. Koan amphorae from Halasarna - investigations in a Hellenistic amphora production centre. Journal of Archaeological Science 35: 1049-1061
Hein, A., Kilikoglou, V. 2014. Breaking pots – simulating design failures of transport amphorae by using the finite element method (FEM). 1st CAA GR Conference, Rethymno, Crete, Greece.
Helfman, N., Nishri, B., Cvikel, D. 2018. A comparative structural analysis of shell-frst and frame-based ship hulls of the 1st millennium AD. Naval Engineering Journal 130: 91–103.
Helfman, N., Nishri, B., Cvikel, D. 2019. Finite Element Analysis of Shell‑First and Longitudinally Reinforced Frame‑Based Wooden Ships. Journal of Maritime Archaeology 14: 291–309.
Kery, S. 2017. Marine Forensics: The Art and Science of Simulating Ships in Storm Conditions. Interservice/Industry Training, Simulation, and Education Conference (I/ITSEC): 1-16.
Kery, S. M., Fisher, B. 2012. A Forensic Investigation Of The Breakup And Sinking Of The Great Lakes Iron Ore Carrier Edmund Fitzgerald, November 10th 1975, Using Modern Naval Architecture Tools And Techniques. International Marine Forensics Symposium, National Harbor MD: 1-36.
Kery, S., Stauffer, J. 2015. Hydrodynamics Related to Shipwreck Taphonomy. MTS/IEEE Oceans, Washington DC: 1-21.
Kilikoglou, V., Vekinis, G. 2002. Failure Prediction and Function Determination of Archaeological Pottery by Finite Element Analysis. Journal of Archaeological Science 29: 1317–1325.
Murray, W. M., Ferreiro, L. D., Vardalas, J., Royal, J. G. 2017. Cutwaters Before Rams: an experimental investigation into the origins and development of the waterline ram. The International Journal of Nautical Archaeology 46.1: 72-82.
Radić Rossi, I., Senjanović, I., Rudan, S., Indof, J. 2004. Podrijetlo i funkcija šiljatoga dna amfora. Prilozi Instituta za arheologiju u Zagrebu 21: 91.-107.
Rudan, S., Radić Rossi, I. 2017. Numerical Simulation of the Sinking Ship Scenario, Based on the Archaeological Records, abstract. Under the Mediterranean: 100 years on … The Honor Frost Foundation Conference of ‘Mediterranean Maritime Archaeology’ Nicosia, 20-24 October 2017.
Rudan, S., Radić Rossi, I. 2018. Application of the State-Of-The-Art Engineering Methods in Nautical Archaeology. Pomorski zbornik – Journal of Maritime and Transportation Science, Special edition 2.2: 113-122.
Rudan, S., Radić Rossi, I. 2020. Numerical simulation of a sinking ship scenario based on archaeological records / Numerička simulacija potonuća broda na temelju arheoloških zapisa. Archaeologia Adriatica 14: 139-157.