¿Expandir viviendas subterráneas ocupadas de forma segura?

El principal problema en realidad es dónde pones la roca que excavas. Necesitaría acceso a la superficie para tirarlo en algún lugar o alguna forma de comprimirlo y luego usar la roca comprimida para hacer las paredes del túnel.

Para cavar a través de la roca cerca de la vivienda definitivamente no estarías usando explosivos. Las tuneladoras modernas son bastante capaces de hacerlo sin explosivos y no tienen tantos riesgos asociados.

http://en.wikipedia.org/wiki/Tunnel_boring_machine

Las máquinas perforadoras de túneles se utilizan como alternativa a los métodos de perforación y voladura (D&B) en roca y "minería manual" convencional en suelo. Las tuneladoras tienen la ventaja de limitar la perturbación al suelo circundante y producir una pared de túnel suave. Esto reduce significativamente el costo de revestimiento del túnel y los hace adecuados para su uso en áreas muy urbanizadas. La principal desventaja es el costo inicial. Las tuneladoras son costosas de construir y pueden ser difíciles de transportar. Sin embargo, a medida que los túneles modernos se vuelven más largos, el costo de las máquinas perforadoras de túneles en comparación con la perforación y voladura es menor; esto se debe a que la construcción de túneles con tuneladoras es mucho más eficiente y da como resultado un proyecto más corto.

Es totalmente plausible que una sociedad como la que usted describe tenga una o más tuneladoras en funcionamiento continuo y que un número considerable de personas participen en el mantenimiento y la operación de las máquinas. Los principales problemas serían conseguir las materias primas necesarias para hacer funcionar las máquinas y revestir los túneles resultantes y (como ya se ha mencionado) deshacerse de los residuos.

Dependiendo de qué tan "futura" sea su tecnología, las tuneladoras en sí mismas pueden ser muy similares a las actuales, o significativamente más avanzadas. Por ejemplo, aquellos capaces de usar campos de fuerza o ultrasonido o similares para hacer la excavación necesitarían muchas menos piezas de repuesto.

Hay tablas, creadas para ingenieros de minas que enumeran los tipos de piedra, por ejemplo, arenisca, granito, piedra caliza, etc., y dicen exactamente qué tan grande será el túnel que soportarán, qué tan grandes serán las galerías y dónde dejar los pilares, etc. Los he visto en el antiguo combate de la Segunda Guerra Mundial. manuales de ingeniería también. La mayoría de ellos están disponibles en Internet Archive y otros recursos similares. Estos le dirán el tamaño y la forma de las estructuras subterráneas en piedras particulares, así como los méritos relativos de cada uno.

Cada material tiene sus propias propiedades, fortalezas y limitaciones. Estos parámetros se basan en siglos de gastos y pruebas. Teniendo en cuenta cuántas vidas se pagaron por la información, probablemente deberíamos tratar las mesas como sagradas.

En general, la mayor restricción en la construcción subterránea es el ancho. Es la carga de compresión que puede soportar una sección de techo sin soporte lo que define el ancho máximo. Esto se puede mitigar con una forma de arco, pero hablando en general, es más fácil soportar un pasaje angosto y profundo que uno ancho y poco profundo. En muchas minas grandes se ve un pozo de unos 3 m de ancho pero hasta 20 m de alto, dividido de arriba a abajo en pisos con tráfico en un solo sentido en cada nivel.

Las piedras blandas soportan menos ancho y soportan menos arcos poco profundos. En la ciudad de piedra de Petra, hay varios espacios interiores grandes tallados como una serie de cúpulas conectadas con pilares en sus vértices. Las piedras duras soportan espacios más grandes, pero su estructura cristalina rectilínea hace que el arco sea difícil de tallar, en cambio, los túneles tienen forma de triángulo en la parte superior.

Las piedras blandas soportan menos peso pero son menos quebradizas y fallan con más gracia, es decir, le dan una advertencia. Las piedras duras son quebradizas y parecen finas hasta que se agrietan y las grietas pueden propagarse mucho.

La piedra blanda suele tener bolsas de arena, gases o agua que pueden causar problemas graves e inesperados. Es más probable que las piedras blandas estén asociadas con materiales orgánicos como el carbón y el metano que pueden causar explosiones. Las piedras duras son más seguras en ese sentido, pero contienen grietas preexistentes y fallas de deformación cuya presión puede liberarse repentinamente.

El material ideal para hacer túneles y construir estructuras extensas son las cúpulas de sal. Estas son gruesas burbujas de sal, muchas docenas de kilómetros de extensión de un kilómetro o más de espesor que quedan de la evaporación de los océanos antiguos. Son fáciles de extraer, soportan grandes cámaras en forma de cúpula y túneles bastante anchos y altos. Se utilizan para almacenar casi cualquier cosa, desde el legendario queso del gobierno hasta reservas estratégicas de petróleo y bancos de semillas.

Durante la Guerra Fría, se hicieron diseños extensos para instalaciones que soportaban varios miles para construir grandes cúpulas en Michigan y Utah.

Si busca oscuridad y opresión, le sugiero que el colono debe cavar a través de una roca relativamente blanda pero "podrida" que tiene muchas fallas, bolsas de agua y gas, tal vez también estratos mixtos si excava en una colina elevada o en la ladera de una montaña con mucho estratos mixtos.

La piedra blanda significa cámaras más pequeñas con techos más bajos, lo que da una sensación de claustrofobia. La ventilación es más difícil. Es más difícil encontrar lugares para que grupos grandes se comuniquen, lo que lleva a la paranoia. Con estratos mixtos y bolsas de agua y gas, la minería es peligrosa, los colapsos son comunes y la tensión general aumenta.

Hay un lugar en Turquía donde la gente excavaba mucho en la piedra caliza local para crear refugios para generaciones de ataques. Aunque son muy caros e inteligentes, son bastante pequeños y lúgubres incluso con iluminación moderna. Es posible que desee comprobar en ellos.

Por supuesto, para lo sombrío y sombrío, es difícil vencer a una mina de carbón. Es posible que una colonia tenga que excavar un túnel tanto para refugio como para combustible, pero las paredes están oscuras y el polvo llega a todas partes ya todos. Los carbones más blandos se extraen en pozos muy pequeños (es por eso que la minería de superficie se hizo tan popular, eso y menos contaminación del agua).

En primer lugar, creo que este documental te resultará beneficioso: https://www.youtube.com/watch?v=yVkyfC_AOLI

Para responder a todas sus preguntas, con recursos casi ilimitados, puede construir una construcción para albergar a un número arbitrario de personas bajo tierra. Sin embargo, si sus recursos son limitados, depende de un montón de cosas, a saber, lo siguiente:

1- ¿Cómo piensa configurar las áreas subterráneas para albergar a todos? Qué tipo de geometría, espacios habitables y qué no estás imaginando. Esto será una gran influencia sobre si es factible o no.

2- ¿A qué ritmo quieres ampliar la vivienda?

3- A qué profundidad quieres que esté tu colonia.

4- La geología por la que estás minando.

En respuesta a sus preguntas iniciales:

Se me ocurrió, quizás incorrectamente, que una piedra más blanda como la caliza podría permitirles hacer esto más fácilmente.

Esta es una cosa de doble filo, la minería en roca blanda es mucho más fácil que en roca dura, aunque la principal desventaja es que la roca blanda no es tan fuerte como la roca dura. La compensación sería: habitaciones más difíciles de cavar pero mucho más grandes/más seguras o más fáciles de cavar pero necesariamente habitaciones más pequeñas/ligeramente menos seguras.

¿En qué punto, ya sea de profundidad o de tamaño, se volvería demasiado inestable para arriesgarse a vivir en él? ¿O no es así como funciona la piedra?

Así no es como funciona la piedra. Con los datos y el conocimiento adecuados, se puede diseñar una habitación adecuada en cualquier macizo rocoso, sin embargo, el costo de hacerlo (recursos, tiempo, etc.) diferirá según las circunstancias. Dados los recursos infinitos, puedes construir lo que quieras donde quieras. Sin embargo, si sus colonos tienen recursos limitados, se vuelve demasiado costoso/arriesgado cuanto más profunda es la colonia y más grandes las habitaciones que desea hacer.

¿Se puede construir de forma segura un asentamiento de al menos cientos (quizás miles) de personas en una roca blanda con métodos de excavación/explosión de bajo impacto?

La seguridad de sus habitaciones no dependerá de la técnica de excavación, cualquier técnica puede modificarse para que sea de bajo impacto. Cuando piensa en voladuras, necesita diferenciar entre voladuras de producción y voladuras de construcción. En la minería, las voladuras de producción se realizan con el objetivo de sacar la mayor cantidad de material lo más rápido posible para que arruine la roca, en las voladuras de construcción se adopta un enfoque muy controlado y se hace de tal manera que no se joda con la fuerza de las rocas. Ejemplo, Hydro Quebec tiene centrales eléctricas subterráneas que pueden considerarse bastante masivas: https://www.google.ca/search?q=hydro+quebec+underground+power+house&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi56aSKku7JAhUBlB4KHSr0C6IQ_AUICSgD&biw=1184&bih=679 #imgrc=XxoK3SQMfdINGM%3Ase fabricaron utilizando técnicas de voladura y están diseñados para permanecer allí durante muchos, muchos años.

¿Hay alguna manera de expandir tal asentamiento en roca dura "normal" sin causar derrumbes y otros peligros?

La estabilidad de una abertura subterránea depende de dos aspectos:

• La resistencia de la roca intacta (medida por la UCS (resistencia a la compresión no axial))
• La calidad del macizo rocoso (qué bonita es la roca, piense en una losa de granito de encimera frente a grava, se mide con GSI, Q-System o RMR)

La estabilidad de una abertura subterránea dependerá de estos dos valores, asumiendo que tiene una roca MUY MUY buena, entonces está buscando poder tener una habitación de 15 m de ancho por 15 m de alto por infinitamente largo mientras aún está en el lado seguro. Se han desarrollado una serie de reglas empíricas a lo largo de los años para calcular exactamente qué tan grande puede hacer una abertura. Una de las pautas más utilizadas es del Instituto Geotécnico Noruego (NGI), detalla qué tipo de sistema de soporte necesitará para una calidad de roca y un tamaño de abertura determinados.

¿Necesitan cavar profundo en lugar de poco profundo?

Para la estabilidad geotécnica, la respuesta siempre es más superficial. Cuanto más profundo vaya, mayores serán las tensiones in situ en la roca. Hay un montón de información técnica que se incluye en esto, pero básicamente, cuanto más profundo vaya, más pequeñas deben ser sus excavaciones, demasiado grandes y corre el riesgo de fallar dentro de la roca misma, lo que puede provocar el estallido de la roca que puede / eventualmente matará a sus colonos.

Tenga en cuenta que toda esta información se basa en el conocimiento actual, si la civilización es un futuro cercano, entonces hay una buena probabilidad de que haya aprendido más sobre la mecánica de las rocas. Se está investigando mucho en el dominio de la ingeniería geotécnica y aunque tenemos un conocimiento lo suficientemente bueno como para hacer ingeniería real, muchas de estas cosas siguen siendo magia negra debido a la naturaleza de las rocas. Hasta el día de hoy, después de 150 años de investigación, la predicción de estallidos de rocas sigue siendo algo mágico.

Según Wikipedia:

"Un derrumbe es el colapso de una formación geológica, mina o estructura que puede ocurrir durante la minería o la excavación de túneles. Las estructuras geológicas propensas a derrumbes espontáneos incluyen alvar, tsingy y otras formaciones de piedra caliza".

Puedes asumir con seguridad que no quieres cavar a través de la piedra caliza. La respuesta se encuentra en otra pregunta:

¿Qué causa los derrumbes?

Con la respuesta a eso, podemos saber cómo prevenir un derrumbe. Los derrumbes son causados ​​principalmente por:

• El agua hace que la tierra y las rocas se suelten y caigan

• No hay suficiente apoyo en un área, lo que provoca que el techo simplemente se caiga.

• Alta presión (causada principalmente por demasiado peso encima del techo) que hace que el techo se caiga

Por lo tanto, para evitar derrumbes en nuestra colonia subterránea, podemos asegurarnos de que no haya áreas mojadas o húmedas. También podemos asegurarnos de que haya suficiente apoyo. Supongo que nuestros colonos no quieren subir a la superficie constantemente, aunque es posible. Por lo tanto, tenemos que hacer esto:

• Excavar el área utilizando métodos convencionales, por ejemplo, grandes taladros, herramientas de minería, etc.

• Usando materiales que han extraído, los colonos pueden hacer habitaciones dentro de la mina hechas de materiales metálicos que han encontrado, como hierro, aluminio, cobre, etc.

Tendremos que asegurarnos de que el material que usamos para hacer las habitaciones sea lo suficientemente fuerte como para aguantar la presión del suelo y la roca sobre él. Un lado positivo de este método es que podemos obtener fácilmente materiales de los minerales que extraemos. A medida que avanzamos en la mina, podemos usar vigas de soporte hechas con el material para sostener la mina. Una vez que las habitaciones estén construidas en esa área, podemos destruir las vigas de manera segura y causar un derrumbe.