Анатолий Анимица - Land on the Water. Технология LOW

Рис.1. Берег моря с россыпью бетонных блоков – оголовок будущей буны по технологии LOW

LOW, или Land on the Water – это принадлежащая мне технология создания твердой земли на дне морей, океанов, рек, озер, водохранилищ и других водоемов без использования каменно-набросных массивов материала, без бетона в больших количествах, без металлической арматуры – почти без ничего, за исключением небольшого объема простых материалов и грунта со дна водоема любого вида, от камня до ила.

…Марк Твен писал «Покупайте землю, ее больше не делают». У меня лозунг иной: «Делайте землю, на дне морей грунта много, а технология LOW позволяет создавать землю на воде из донного грунта».

Технология LOW – это идея строить недорогую или совершенно бесплатную землю на неудобной для использования воде у берегов морей, озер, рек и водохранилищ, а также на островных отмелях и прочих..местах, скрытых под относительно неглубоким слоем воды.

Идея технологии предельно проста. Плотность воды и морей и пресных водоемов равна около 1000кг/м3, плотность практически любых видов грунта в любом месте Земли равна около 2500кг/м3, и если нам удастся надежно установить на дне водоема вертикальный цилиндр без дна, имеющий нерастяжимую прочную оболочку, а затем заполнить ее пульпой, то есть смесью донного грунта и воды из водоема, то в силу разности плотностей воды и грунта твердый грунт осядет на дно цилиндра, из-за хаотичности процесса образуя плотную упаковку, а вода перельется через верхний край цилиндра обратно в водоем (Рис.2).

Рис.2. Одиночный цилиндр LOW диаметром D высотой H1+H2 на дне водоема глубиной H2. t – тангенциальное напряжение в оболочке в опасном сечении

Какие напряжения возникают в тонкой оболочке такого цилиндра с диаметром D, установленного на дно водоема с глубиной H2 и высотой H1+H2, заполненного грунтом с плотностью Ro? Строительная механика такой конструкции исчерпывающим образом описывается как труба с жидкостью под давлением внутри, и классическая формула Мариотта t=p*D/ (2*d), где t – кольцевое тангенциальное напряжение, направленное по касательной к поверхности цилиндра и перпендикулярное образующей, p – внутреннеe давление, D – внутренний диаметр цилиндра, d – толщина стенки.

При заполнении цилиндра грунтом с плотностью ro давление в цилиндре у его дна будет равно ro*g* (H1+H2) -r0*H2, где r0 – плотность воды, а g – ускорение свободного падения g=9.81м/с^>2. Если пренебречь понижением напряжения, обусловленным давлением воды, получим более простую формулу t=ro*g* (H1+H2) *D/ (2*d). Вычислим предельное напряжение в трубе диаметром 10м и полной высотой 40м (10м над водой и 30м под водой), с толщиной стенки d=0.1м, заполненной грунтом с плотностью ro=3000кг/м^>3.

t=ro*g* (H1+H2) *D/ (2*d) = 3000*9.81* (10+30) *10/ (2*0.1) = 58.9МПа. Округлим до 60МПа и сравним с пределами прочности обычных конструкционных материалов:

– сталь Ст.3 – 400МПа (7-кратный запас прочности)

– ПЭТФ – 180МПа (3-кратный запас прочности)

– фибробетон – от 20 до 120МПа (30% – 200% запас прочности)

Таким образом, в качестве материала для оболочек цилиндров LOW может быть применен почти любой материал при условии конструктивного учета напряжений в опасном наиболее нагруженном сечении цилиндра, например, путем увеличения толщины стенок в нижних нескольких метрах высоты цилиндра LOW.

Самый простой метод строительства заключается в использовании списанной транспортерной ленты утильного качества. Лента пригодна для устройства цилиндров LOW высотой примерно до 3 метров, при этом прочность ленты позволяет строить конструкции LOW с практически вечным сроком службы.

Для более сложных проектов, и больших глубин, можно рекомендовать армированный стеклянной, базальтовой или полимерной фиброй серобетон, а также сероасфальт, с прочностью на разрыв около 50—100МПа, что вполне достаточно для большинства LOW конструкций.

Какова же эффективность технологии LOW по сравнению с традиционными гидротехническими сооружениями на дне моря из привозных материалов?

Допустим, мы строим один километр стенки шириной 30 метров из трех рядов цилиндров диаметром 10 метров на глубине 30 метров и высотой 40 метров, то есть 10 метров над уровнем воды. Материал оболочек LOW – армированный серобетон, толщина оболочки 0.1м. Потребуется 300 цилиндров с площадью поверхности одного S1=pi*D*H=3.14159*10*40=1260м2, с объемом V1=126м3, а все 300 цилиндров будут иметь объем 300*126=37800м3. При строительстве из серобетона 60% этого объема составит песок и щебень, то есть материал, который можно добывать прямо на месте возведения, а 40% – это сера, пластификаторы, фибра и вспомогательные материалы, то есть 100*30=30000кв. м стенки, или 3 гектара, потребуют 40%*37800м3=15000 тонн привозного материала. Разумеется, при меньших глубинах и высоте стенки над водой эта цифра будет пропорционально меньше.

Каков же объем созданной стенки? Он составит 1000*30*10= 300000м3. И отношение объема привозного материала к общему объему сооружения будет 15000/300000=0.05. Пять процентов от объема нужно будет привезти на место возведения, а остальные 95% добудет земснаряд со дна моря. У технологии есть еще и резервы эффективности, вероятно, до двух или трех процентов от общего объема сооружений.

Из цилиндров LOW можно быстро, эффективно и дешево строить марины (яхтенные порты), пирсы, в том числе для океанских судов, а также пляжные пирсы.

Цилиндры LOW выстраиваются в линии вдоль будущих берегов сооружений, причем цилиндры соединяются между собой известными способами, образуя монолитные ряды, а при особо тяжелых природных условиях можно устраивать и три и четыре ряда цилиндров, создавая стенки, которые нельзя сокрушить никакой человеческой или природной силой. (Рис.3). Верхняя плоскость сооружения может быть оформлена деревянным, резиновым или пластиковым ковровым покрытием, а также бетоном и серобетоном (сероасфальтом) для грузовых операций.

Рис.3. План марины и лодочного порта по технологии LOW

Показан компактный лодочный и катерный порт у берега моря с двумя пирсами, северо-восточным, на пути господствующих ветров и волнения из трех рядов цилиндров диаметром 5 метров, и юго-западным, из двух рядов, а также профилированием цилиндрами LOW береговой части марины, с целью ее защиты от разрушения весенне-зимним торошением льда.

Рис.3а. План марины и лодочного порта по технологии LOW

Рис. 3б. Архитектурное решение марины в районе г. Акко, Израиль. Арх. А. Ноткин.