Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

У инженеров нередко есть много общего с художниками – зачастую даже больше, чем они осознают. Это определенно относится к строителям Тадж-Махала в Индии. Его остроконечный купол поднимается на 200 футов, на 20 футов выше, чем в соборе Святой Софии. Однако он опирается не на тромпы. Это истинная арка, установленная на квадратном основании. Детали конструкции просты. Отличительной чертой является виртуозное искусство, в котором простота инженерных деталей сочетается с замысловатостью украшений. Тадж-Махал раскрывает в материальной форме внутренние мысли и надежды людей. Он стал совершенным воплощением безграничной любви шаха Джахана к его любимой жене Мумтаз. Он также стал художественным выражением ожиданий, возлагаемых на строителей, и они оказались на высоте.

Аналогичные эстетические требования на протяжении двух веков Ренессанса предъявлялись к строителям мостов. Многие конструкции, разные по дизайну, строились с использованием установившихся принципов арочной каменной кладки. Среди них мост Святой Троицы во Флоренции, мост Риальто в Венеции, парижский Пон-Неф и Заксенхой-зерский мост во Франкфурте. Многие до сих пор используются. Но были и новые идеи и эксперименты, связанные с мостостроением. Андреа Палладио (1518–1580), архитектор, известный возрождением классического стиля и созданием палладианского окна, вероятно, первым внедрил фермы в строительство мостов (рис. 6.2). Он говорил, что слышал о подобной конструкции в Германии, однако существовала ли она в действительности, неизвестно. Инженеры давно понимали, что треугольник невозможно разрушить, не изменив длины хотя бы одной его стороны, и использовали стабильность этой геометрической фигуры для поддержки крыш. В работе Палладио, опубликованной в 1570 году в Венеции, было показано четыре деревянных фермовых моста, которые он, скорее всего, сам и спроектировал. Об одном из них – через реку Цисмон на границе Италии и Германии – он писал, что мост не имеет опор в воде и потому не разрушается течением и не подвергается ударному воздействию стволов деревьев и камней с гор. Он утверждал, что такие мосты прочные, поскольку все их части взаимно поддерживают друг друга.

Рис. 6.2. Фермовый мост конструкции архитектора Палладио

Мосты Палладио являлись инновацией. Они строились из коротких деталей, которые собирались вместе и образовывали длинный пролет. Им не нужны были тяжелые опоры, чтобы выдержать нагрузку арок. Было заявлено, что Палладио допустил ошибку, оставив центральные панели только с одной диагональной связью. Напряжение там может стать слишком большим, когда по мосту станут перемещаться грузы. Следует отметить, что вторые диагонали, или разгружающие связи фермы, не являются необходимыми, если единичные диагонали панели могут выдержать и сжатие, и растяжение. Хотя Палладио, вероятно, не владел теорией, он заслужил славу и почет за изобретение и постройку фермового моста. Его мосты отлично зарекомендовали себя в эксплуатации.

За много лет до Палладио Леонардо да Винчи заинтересовался применением в строительстве мостов деревянных ферм, которые давно использовались при постройке других сооружений. Рисунок в одной из его тетрадей (рис. 6.3) показывает фермовый мост относительно современного вида.

Рис. 6.3. Изображение ферм Леонардо да Винчи (из его Manuscritti e i disegni)

Надпись под рисунком гласит: «Мост сломать невозможно, если основные балки ab и cd прочные и хорошо связаны». В 1595 году и снова в 1617 году Фаусто Веранцио (1551–1617), далматинский епископ, проиллюстрировал свою концепцию фермового моста с металлическими стержнями и проушинами. Он не был построен, да и вообще фермовые мосты из дерева или железа, за исключением моста Палладио, очевидно, не строились еще на протяжении многих лет. Веранцио также планировал подвесной мост с цепными тягами и ровным полом (рис. 6.4).

Французский математик и инженер Франсуа Блондель (1618–1686) в 1665 году усовершенствовал римский метод устройства фундаментов мостов. Его конструкция для защиты фундаментов мостов от размывания уникальна. Это своего рода ложное речное дно. Римский мост в Сенте разрушился, потому что река Шаранта размыла опоры. Блондель пробурил несколько скважин, причем ему пришлось углубиться на 66 футов, прежде чем он добрался до твердой глины. Он использовал водонепроницаемую крепь, чтобы удерживать воду, и поместил каркас из дубовых бревен квадратами от берега до берега на 7 футов ниже речного дна. Блондель заполнил эти квадраты камнями, смешанными с раствором.

Рис. 6.4. Изображение Веранцио китайского подвесного моста (из его Machinar novae, 1595)

Затем он закрепил дубовые платформы на каркасе и на них построил опоры высотой 5 футов. Течение не размывало эту конструкцию, и мост благополучно простоял, пока его не снесли в 1845 году. Метод Блонделя был слишком трудоемким и дорогостоящим, чтобы стать всеобщей практикой. Его усовершенствовал Франсуа Ромен (1646–1735), доминиканец, уроженец Гента, когда в 1685 году закладывал фундамент для Королевского моста в Париже. Ромен использовал открытые кессоны, до сих пор применяющиеся для некоторых подводных конструкций. Он соорудил вместилище из тяжелых бревен и выложил каменную кладку опоры внутри. По мере роста и увеличения веса опоры кессон вдавливался в грунт, в конечном счете достигая твердого дна. До этого Ромен использовал драгирование при строительстве фундамента опор в Маастрихте, Голландия.

Итальянские, фламандские, голландские инженеры того времени рыли каналы с основательностью и рвением, которые можно приписать патриотизму. Места, на которых велось

строительство, являлись стратегическими, экономические цели – национальными по размаху. Жители Нидерландов стремились сохранить выход к морю для Брюгге, некогда крупного европейского порта, когда глиной занесло реку Звин. Канал Слёйс стал бесполезен. Голландцы попытались в 1622 году добраться до глубоководья в Остенде, потом в 1640 году через Дюнкерк. Однако упадок Брюгге остановить было невозможно. Порт для района низин появился на Шельде, после того как канал Виллебрек дал Брюсселю доступ к морю через Антверпен. Строительство канала началось в 1531 году и завершилось в 1561 году. Этот канал длиной 17 миль был достаточно широким и глубоким, чтобы по нему могли ходить небольшие прибрежные суда. Чтобы преодолеть подъем в 40 или 50 футов, на нем было пять шлюзов. Ворота с косым стыком к тому времени уже использовались широко. Они оставались водонепроницаемыми благодаря давлению воды. Их открывали и закрывали с применением живой силы – людей или животных.