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/с2. 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/м3.

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.

Марины, пирсы и пляжные пирсы по технологии LOW

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.

Пляжный пирс – это очень простое и дешевое сооружение, которое может быть построено без средств механизации, практически вручную, если заранее нарезать материал для формирования цилиндров LOW. Пляжные пирсы характеризуются малой высотой цилиндров – например, глубина воды у пляжа в 1 метр уже вполне комфортна, в том числе для детских пляжей, а возвышение поверхности пирса над водой можно сделать не более 10—20 сантиметров выше максимального уровня воды в прилив или в случае нагона. Для оформления стенок пирса можно использовать особым образом подготовленные старые автомобильные шины, снабжая их креплениями к цилиндрам и вырезами для устройства в них ступенек для схода в воду и выхода из воды (черные торы в профиль на Рис.4).

Пляжные пирсы на мелководье с выносом головных частей пирсов на уровень удобных для плавания глубин, с засыпкой цилиндров и промежутков между цилиндрами морским песком прямо со дна моря дает возможность преображать берег и увеличивать его «пляжную емкость» в разы

Рис.4. Пляжный пирс 60х30м из цилиндров LOW диаметром 10м

Такой пляжный пирс может быть не сплошным и состоять из отдельных островков шириной до 20—30 метров и длиной до 50—100 метров, которые разделяются промежутками, перекрытыми пешеходными мостиками. Такое решение позволит решить задачу организации прибрежного течения и регулирования интенсивности наносов и глубин в результате переноса струй морского течения направлением их в те или иные проливы (Рис.4а, цилиндры диаметром 10 метров). Сами острова по технологии LOW отличаются абсолютной стойкостью, и их не сдвинут с места даже морские льды, когда море промерзает на мелководье до самого дна, а вот мостики при торошении льда может снести, поэтому стоит предусмотреть возможность убирать их или на период опасности торошения, или вообще на зимний период.

Рис. 4а. Островные пляжные пирсы 60х20м выстроены в цепочку с мостами между ними

Технология LOW может спасти берег Сан-Франциско

Рис. 5. Шторм у Сан-Франциско уничтожает берег.

В Сан-Франциско, штат Калифорния (США) океан размыл побережье и вплотную подошел к жилым домам. Люди, реализовавшие свою мечту иметь домик с видом на море, внезапно оказались в смертельной опасности. Съемка с вертолета показала, что, несмотря на попытку остановить разрушение (берег пытались укрепить множеством камней),процесс продолжается. Очень жутко выглядит картина того, как люди стоят на балконе и одновременно под фундаментом дома идет процесс осыпания обрывистого берега (клиффа). … Скорее всего, они предпочтут получить страховку возможности сохранить свои дома – но технология LOW позволяет быстро и недорого построить берег, укрепленный цилиндрами LOW, неподвластный разрушению океанской стихией. Для этого на расчетном удалении от берега устраиваются подводные волноломы из цилиндров LOW, на глубинах вплоть до 20 метров, из 2—3 рядов цилиндров диаметром от 6 до 10 метров, а также – для волнения, преимущественно идущего вдоль берега или под малым углом к берегу, тремя-пятью рядами цилиндров LOW устраиваются буны – сплошные стенки волноломы, идущие в море на несколько десятков метров, перпендикулярно или под расчетным углом к берегу, так что косая волна, набегая на такую буну, частично гасит свою энергию, а частично отражает ее навстречу волнению в море. Сан-Франциско приведен в качестве впечатляющего примера, на всем земном шаре тысячи километров берега подвергаются ежеминутному наступлению океана, и технология LOW – единственная, которая может противостоять ему с минимальными затратами материалов и труда.