Противосейсмическое средство древних андийцев

Всех сердечно приветствую в моём блоге :о)

В предыдущей статье я пообещала разсказать о мерах, которые предпринимали древние строители американского континента для защиты своих сооружений от сейсмических трясок. Некоторые из них оказались интересны и сегодняшним инженерам. Противосейсмические элементы изобретали не только в Центральной Америке, но и на других континентах. Например, в древней Петре в кладку стен Каср-эль-бинта закладывались деревянные брусья, переразпределявшие напряжения между каменными блоками кладки во время толчков.

Однако, Петра была на перекрёстке торговых путей, связывавших несколько континентов старого света (знания стекались отовсюду), зато жители обеих Америк были до прихода иноземцев сами по себе. И шли своим путём развития (чем и интересны).

Задолго до образования инкской империи, на её территории проживали представители нескольких ярких культур, отличившихся не только своими земледельческими и культурными достижениями, но и в области строительства. В отсутствии письменности, судить об изобретательности и достижении доколумбовых американцев мы можем лишь по находкам археологов.

Самым древним очагом цивилизации Южной Америки считается Караль, насчитывающий 5000 лет.

Караль - это древний город, в котором было найдено несколько пирамидальных комплексов. По существу это сооружения (они, кстати, были позднее весьма разпространены в Южной и Центральной Америке), состоящие из платформ четырёхугольной формы, поставленных одна на другую. Сами платформы состоят из стенок ограждения и внутренней засыпки (естественно, внутри также были какие-то помещения).

Что в те времена было у древних строителей, из того они и возводили эти общественные постройки. А были у них под руками камни, гравий, глина и местные грунты. Постройки возводились без применения извести и всяческих цементов, потому раствор, заполняющий промежутки между камнями в кладке, также был из местного сырья - глина (местами с травой).

Любой современный инженер-строитель знает, что такое угол естественного откоса сыпучих материалов.

Для сухого песчаного грунта он составляет 30-40 градусов, для мокрого - много меньше. Угол 40 градусов присущ и таким материалам, как щебень, различные суглинки и др. сыпучим грунтам. Чтобы построить из такого материала платформу с вертикальными (или близко к тому) стенками, нужно преодолеть боковое давление грунта. Строители Караля применили... габионы.

Да-да, габионы - вовсе не современное изобретение. И в отсутствии проволоки каральцы изпользовали сетки (мешки) из растительного волокна. Называются они шикрами (shicras).

Запись слов "shicra", "jicra", "sicra" или "sikra" соответствует кечуанскому слову, обозначающему мешок из растительного волокна. Было найдено 3 типа шикр:

1.- Poaceae: мешки сплетены из стеблей ползучих трав;

2.- Junco: мешки из тростника;

3.- Сочетание обоих растительных материалов.

Шикры просты в изготовлении и сами по себе прочны. Причём, сетки, как выяснилось, были не только для камней, но и для сыпучего грунта. Отличались они способом плетения, размером ячеек (плотностью плетения) и размером самих сетчатых мешков (диаметр доходил до 2 м). Если шикра плелась для земли, сетка была мелкой (плотное плетение), для камней делалась сеть больше.

Шикры укладывались в платформах по-разному. Так найдены прослойки из шикр, перемежающихся насыпным грунтом, подобно слоёному торту (на фото выше справа вверху). В других местах шикры укладывались плотным массивом, поддерживающим внутреннюю засыпанную стену.

Кроме шикр (кружочки с плюсиком) для жёсткости складывали дополнительные стены (обозначены голубым цветом)

Изучение конструкции пирамидальных строений показало, что шикры не только связывают сыпучие грунты, возпринимая боковое давление насыпки (статическую нагрузку), но и технически решают проблему сейсмостойкости (противостоя динамической нагрузке). Изпользование шикр было гениальным шагом, который учитывал особенность сыпучих материалов. Соображения и математические разсчёты в этой области появились тысячи лет спустя благодаря теории механики грунтов.

Справедливости ради, нужно упомянуть ещё один очаг цивилизации, существовавшей некоторый период одновременно с культурой, построившей Караль.

Недалеко от Писквильо (Pisquillo) находится археологический комплекс, носящий говорящее название - Шикры. Он состоит из двух курганов (Северного и Южного).

Название не случайно: в стенах (в качестве наполнителя) сохранились большие корзины из верёвок, заполненные камнями.

Этот комплекс соответствует общественному строительству периода, известного как поздняя архаика или поздняя керамика (от 2800 до 2500 г. до н. э.). Этим сооружениям более 3000 лет, и они даже после нескольких землетрясений и проливных дождей, включая дождевые явления «Эль-Ниньо» не демонстрируют признаков обрушения. Было определено, что участок «Шикры» в Писквильо современен постройкам Караля, тем самым было выявлено массовое изпользование в строительстве этой текстильной техники на всем доиспанском побережье.

В последнее время шикрами заинтересовались не только археологи, но и учёные, занимающиеся проблемами сейсмостойкости сооружений.

Изпытательный стенд

Многие жители Анд проживающие в сельской местности не имеют возможности строить сейсмостойкие дома из-за дороговизны современных материалов и противосейсмических конструкций. Потому шикры были проверены для современных глинобитных построек в лабораторных условиях. Правда, верёвки для плетения сеток были изпользованы синтетические, но шикровая прослойка между фундаментом и верхним строением оказалась не только эффективным разсеивателем энергии недр, но и гораздо дешевле железобетона.

Противосейсмическая конструкция с применением шикр трёхслойна:

1. Нижний слой речных округлых камней диаметром около 5 дюймов (каток) толщиной от 0,10 до 0,15 м. Их укладывают в сетки, сотканные из синтетических фалов 5/32 дюйма по 2 шт. На фундамент кладут шикры с шагом 5 мм друг от друга.

2. Промежуточный слой речных пород (предпочтительно, но не обязательно округлые) размером 1/2 дюйма контролирует смещение и его уровень (толщина слоя от 0,04 до 0,07 м).Камни упаковывают в черную рыболовную сетку, которая продается как ткань с отверстием около 5 мм. Кроме того, этот мешок завернут в другую шикру из фалов, которые в конечном итоге образуют каменные подушки размером 0,25 м x 0,12 м и высотой от 0,07 до 0,08 м. Эти подушки размещают в противофазе по отношению к нижнему слою.

3. Деревянная верхняя опорная балка (составная конструкция) контролирует вертикальную осадку (толщина 0,08 м).

Рекомендуемая ширина фундамента - не менее 0,20 м, но больше, чем толщина земляной стены.

По результатам изпытаний такая конструкция гасит сейсмические толчки на 60%. Вкупе с землебитными (армированными травой) стенами конструкция дома безопасна для проживающих. Появляющиеся трещины не угрожают обрушением жилья. Единственное условие, требуется утепление такого фундамента.

Подводим по шикрам итоги:

Шикры не были безупречными, но их деформируемость и эластичность, обезпечиваемые волокнами юнко, были достаточными средствами, продлевающими срок службы зданий с массивной засыпкой (цель, преследуемая всеми инженерами с древности и до сегодняшнего дня). Шикры были гениальным и блестящим решением, изпользованным строителями при имеющихся ресурсах в сейсмических условиях прибрежной среды.

(продолжение следует)