Людмил Оксанович - Невидимый конфликт

Наибольшая толщина слоя снега, накопившегося за одни сутки, зарегистрирована в штате Колорадо (США) 14—15 апреля 1921 г. Это так называемая экстремальная ситуация, которая складывается не так уже часто. Возникает логичный вопрос: какой же должна быть нормативная снежная нагрузка, чтобы конструкция не подвергалась опасности аварии, но в то же время не была и «чрезмерно» надежной?

Здесь, как и в случае полезных нагрузок, вопрос может решаться с точки зрения статистической вероятности. Но, в отличие от полезных нагрузок, паразитическая снежная нагрузка не поддается никакому регулированию со стороны человека. Снег — это просто довольно неприятный для конструктора фактор, который он должен учесть и по возможности наиболее точно. Многолетние наблюдения позволяют получить подробные данные о колебаниях толщины снежного покрова. На основании этих данных выбирается год с особенно обильными снегопадами. Но как часто, по теории вероятности, повторяются такие снежные годы? Именно здесь возникает дилемма, которая всегда встает перед конструктором, когда он имеет дело с явлениями природы. Решение находится где-то на границе между чрезмерной драматизацией опасности и преувеличенным оптимизмом. Таким образом, речь снова идет о разумном компромиссе, который в значительной степени зависит от социальных и экономических установок.

Очевидно, было бы излишней предосторожностью ориентироваться на толщину снежного покрова, которая наблюдается раз в сто лет. Вполне вероятно, что период существования постройки может целиком уместиться между двумя такими «снежными событиями». Но, естественно, снег, который выпадает раз в пять лет, ни в коей мере нельзя считать обычным природным явлением. Так или иначе, но эта проблема имеет наибольшее значение для северных стран. На территории Болгарии снежный покров бывает значительно более скромным.

В соответствии с нормами снеговых нагрузок территория Болгарии разделена на три зоны, в которых максимальная масса снежного покрова на горизонтальной поверхности равна 50, 70 и 100 кг/м 2. Для особых, главным образом горных, районов нормативная снеговая нагрузка определяется на основании результатов специальных наблюдений.

15 июля 1976 г. в ФРГ был официально открыт большой отводной, канал на р. Эльбе. Внушительная 115-километровая трасса канала, включая десятки километров дамбы, береговые сооружения и мосты, была построена за необыкновенно короткий срок. Канал рекламировался как техническое достижение XX в.

Через три дня после официального открытия, 18 июля, в районе Люнебурга был прорван 20-метровый участок одной из дамб. За считанные минуты огромная масса воды затопила обширную территорию — жилые районы, сельскохозяйственные угодья, несколько автомобильных магистралей и железнодорожную линию.

Вот одно из недавних событий, которое может служить иллюстрацией внушительных возможностей воды, водной стихии. Лишенные преграды водяные массы устремляются вперед с ужасающей скоростью. Их кинетическая энергия огромна, их движение неудержимо, и нет силы, которая могла бы укротить эту разбушевавшуюся стихию, сметающую на своем пути здания, улицы, целые села и города. Есть только одна возможность — не допускать подобных ситуаций.

Гарантией безопасности являются надежность и качество исполнения гидротехнических сооружений — стен водохранилищ, дамб, шлюзов, резервуаров. В течение всего срока эксплуатации они подвергаются огромному гидростатическому давлению. Известно, что каждый метр глубины увеличивает давление воды на одну тонну. В связи с этим нижняя часть стены водоема глубиной 10 м испытывает нагрузку в 10 т/м 2, а давление воды на нижнюю часть стены водоема глубиной 40 м составляет 40 т/м 2. С такими огромными нагрузками конструктор имеет дело в случае строительства гидротехнических сооружений. Разумеется, величине нагрузок соответствуют и масштабы самих сооружений, которые должны сдерживать столь грозную силу.

Но сколь трагичными оказываются последствия, если эти сооружения не оправдывают надежд, которые на них возлагаются! Мы остановимся лишь на одном из таких случаев. Он произошел в середине прошлого века в США.

Вблизи города Джонстауна в Пенсильвании было построено большое водохранилище (емкостью 20 млн. м 3воды) на р. Саут Форк. Насыпная земляная плотина имела длину 248 м и ширину в основании 61 м. В мае вследствие проливных дождей уровень воды в водоеме начал угрожающе повышаться, а водосбросные сооружения «подвели». Были приняты срочные меры по отводу излишней воды, но они не дали желаемых результатов. Вода стала переливаться через гребень плотины потоком шириной 90 м и постепенно ее размыла. Произошел прорыв плотины на значительном участке, и вода окончательно пробила себе дорогу. Через 45 мин перед глазами изумленных очевидцев появилось илистое дно водохранилища.

Долина реки перед плотиной имела сильный наклон к Джонстауну. По ней со скоростью гоночного автомобиля устремился мощный поток, высота фронтальной волны которого достигала 12 м. Все, что встречалось на его пути, уничтожалось до основания. Погибло около 2,5 тыс. человек. В локомотивном депо, находившемся в 5 км от места катастрофы, 16 шестидесятитонных паровозов были, подобно игрушкам, разбросаны в радиусе полукилометра.

Само по себе гидростатическое давление может довольно надежно «восприниматься» и сдерживаться. Ведь оно представляет собой такую нагрузку, которая наиболее просто и точно рассчитывается и, следовательно, позволяет обеспечить надежность конструкции гидротехнического сооружения. Опасность была бы действительно весьма незначительной, если бы не существовало целого ряда «подрывных» механических и физических процессов, происходящих в основании стен и в самих стенах и медленно, но верно подготавливающих условия для невозможной, на первый взгляд, катастрофы. Столь же негативную роль играет неисправность предохранительных сооружений или, что бывает гораздо реже, неправильная эксплуатация сооружений.

В поле земной гравитации внушительной нагрузкой является и сама масса земли. Иногда она в буквальном смысле слова не может удержаться, и тогда происходят обвалы и оползни.

Все стены подвальных этажей зданий, помимо всего прочего, должны сдерживать давление грунта, в котором они находятся. В отличие от воды грунты обладают значительным внутренним трением и сильной когезией (сцеплением между частицами), поэтому давление грунта, как правило, меньше давления воды. Грунт может удерживаться на откосах, а вода нет. Но это возможно лишь до известного предела, зависящего от качества самого грунта и от внешней нагрузки, которая может появиться в области откоса. В определенный момент внутреннее равновесие нарушается и массив может обрушиться.