 |
Древний лес, на котором стоит Венеция |
Большинство современных сооружений возводятся с расчетом на срок службы около 50 лет, но гениальная древняя инженерия удерживает этот водный город на плаву уже более 1600 лет — и все это благодаря использованию только древесины.
Как известно любому местному жителю, Венеция — это перевернутый лес. Город, которому 25 марта исполнилось 1604 года, построен на фундаменте из миллионов коротких деревянных свай, вбитых в землю острием вниз . Эти деревья — лиственница, дуб, ольха, сосна, ель и вяз длиной от 3,5 м (11,5 футов) до менее 1 м (3 фута) — на протяжении столетий поддерживают каменные палаццо и высокие колокольни, являя собой настоящее чудо инженерной мысли, использующей силы физики и природы.
В большинстве современных конструкций железобетон и сталь выполняют работу, которую этот перевернутый лес делал на протяжении столетий. Но, несмотря на свою прочность, сегодня мало какой фундамент может прослужить так же долго, как в Венеции. «Сегодня бетонные или стальные сваи проектируются [с гарантией на срок службы] 50 лет», — говорит Александр Пузрин, профессор геомеханики и геосистемной инженерии в университете ETH в Цюрихе, Швейцария. «Конечно, они могут прослужить дольше, но когда мы строим дома и промышленные сооружения, стандарт — 50 лет».
«Я родилась и выросла в Венеции», — говорит Катерина Франческа Иззо, профессор кафедры химии окружающей среды и культурного наследия Венецианского университета. «В детстве я, как и все остальные, знала, что под венецианскими зданиями растут деревья Кадоре [горный регион рядом с Венецией]. Но я не знала, как размещаются эти сваи, как их подсчитывают и сбивают, и не знала, что у баттипали (буквально «забиватели свай») была очень важная профессия. У них даже были свои песни. Это увлекательно с технической и технологической точки зрения».
Баттипали вручную забивали сваи и пели древнюю песню, чтобы поддерживать ритм – завораживающую и повторяющуюся мелодию со словами, которые восхваляют Венецию, ее республиканскую славу, ее католическую веру и провозглашают смерть врагам того времени, туркам. На более веселой ноте венецианское выражение, которое все еще используется сегодня, na testa da bater pai (буквально «голова, которая хороша, чтобы забивать сваи») – это красочный способ сказать, что кто-то тупой или тугодум.
Сваи забивались как можно глубже, пока их уже нельзя было забивать дальше, начиная с внешнего края конструкции и двигаясь к центру фундамента, обычно забивая девять свай на квадратный метр в форме спирали . Затем головки спиливались, чтобы получить ровную поверхность, которая будет находиться ниже уровня моря.
Поперечные деревянные конструкции — либо zatteroni (доски), либо madieri (балки) — помещались сверху. В случае колоколен эти балки или доски были толщиной до 50 см (20 дюймов). Для других зданий размеры составляли 20 см (8 дюймов) или даже меньше. Дуб был самой прочной древесиной, но он был также и самой ценной. (Позже дуб использовался только для строительства кораблей — он был слишком ценным, чтобы вставляться в грязь.) Поверх этого деревянного фундамента рабочие помещали камень здания.
Венецианская республика вскоре начала защищать свои леса, чтобы обеспечить достаточно древесины для строительства, а также для кораблей. «Венеция изобрела лесоводство», — объясняет Никола Маккиони, научный руководитель института биоэкономики Национального совета по исследованиям Италии, имея в виду практику выращивания деревьев. « Первый официальный документ по лесоводству в Италии действительно принадлежит Великолепному сообществу долины Фьемме [к северо-западу от Венеции] и датируется 1111 годом нашей эры. В нем подробно описаны правила эксплуатации лесов без их истощения».
По словам Маккиони, эти методы сохранения, должно быть, применялись задолго до того, как они были записаны. «Это объясняет, почему долина Фьемме до сих пор покрыта пышным еловым лесом». Однако такие страны, как Англия, столкнулись с нехваткой древесины уже к середине XVI века, добавляет он.
Венеция — не единственный город, в фундаменте которого использованы деревянные сваи, но есть ключевые отличия, которые делают его уникальным. Амстердам — еще один город, частично построенный на деревянных сваях, здесь и во многих других городах Северной Европы они уходят вниз до тех пор, пока не достигнут скального основания, и работают как длинные колонны или как ножки стола.
«Это нормально, если скала находится близко к поверхности», — говорит Томас Лесли, профессор архитектуры в Университете Иллинойса. Но во многих регионах коренная порода находится далеко за пределами досягаемости сваи. На берегу озера Мичиган в США, где работает Лесли, коренная порода может находиться на глубине 100 футов (30 м) под поверхностью. «Найти такие большие деревья сложно, не так ли? Ходили истории о Чикаго в 1880-х годах, где они пытались вбить один ствол дерева на другой, что, как вы можете себе представить, в конечном итоге не сработало. Наконец, они поняли, что можно положиться на трение почвы».
Принцип основан на идее укрепления почвы путем вбивания как можно большего количества свай, что повышает существенное трение между сваями и почвой. «Что в этом умного, — говорит Лесли, — так это то, что вы как бы используете физику… Прелесть этого в том, что вы используете текучую природу почвы для обеспечения сопротивления, чтобы удерживать здания». Технический термин для этого — гидростатическое давление, что по сути означает, что почва «схватывает» сваи, если их много плотно вставлено в одном месте, говорит Лесли.
Действительно, венецианские сваи работают именно так – они слишком коротки, чтобы достичь скального основания, и вместо этого поддерживают здания благодаря трению. Но история этого способа строительства уходит еще дальше.
Эту технику упоминал римский инженер и архитектор I века Витрувий; римляне использовали погруженные сваи для строительства мостов, которые, опять же, находятся близко к воде. Водные ворота в Китае также строились с помощью фрикционных свай. Ацтеки использовали их в Мехико, пока не пришли испанцы, не снесли древний город и не построили на нем свой католический собор, отмечает Пузрин. «Ацтеки знали, как строить в своей среде, гораздо лучше, чем испанцы позже, у которых сейчас огромные проблемы с этим столичным собором [где пол проседает неравномерно]».
Пузрин ведет выпускной класс в ETH, который исследует известные геотехнические неудачи. «И это одна из таких неудач. Этот собор в Мехико, и Мехико в целом, — это музей под открытым небом всего, что может пойти не так с вашим фундаментом».
После более чем полутора тысяч лет пребывания под водой фундаменты Венеции оказались на удивление устойчивыми. Однако они не застрахованы от повреждений.
Десять лет назад группа ученых из университетов Падуи и Венеции (отделения от лесного хозяйства до инженерии и культурного наследия) исследовала состояние фундамента города, начав с колокольни церкви Фрари, построенной в 1440 году на ольховых сваях.
Колокольня Фрари проседает на 1 мм (0,04 дюйма) в год с момента ее постройки, в общей сложности на 60 см (около 24 дюймов). По сравнению с церквями и зданиями, колокольни имеют больший вес, распределенный на меньшей поверхности, и поэтому проседают глубже и быстрее, «как каблук-стилет», говорит Маккиони, который был частью группы, исследовавшей фундамент города.
Катерина Франческа Иззо работала на поле, бурила скважины, собирала и анализировала образцы древесины из-под церквей, колоколен и со стороны каналов, которые в то время опорожнялись и очищались. Она сказала, что им приходилось быть осторожными, работая на дне сухого канала, чтобы избежать сточных вод, которые время от времени выливались из боковых труб.
Группа обнаружила , что во всех исследованных ими конструкциях древесина была повреждена (плохие новости), но система из воды, грязи и древесины удерживала все вместе (хорошие новости).
Они развенчали распространенное мнение, что древесина под городом не гниет, потому что находится в бескислородном или анаэробном состоянии — бактерии атакуют древесину даже при отсутствии кислорода. Но действие бактерий намного медленнее, чем действие грибков и насекомых, которые действуют в присутствии кислорода. Кроме того, вода заполняет клетки, которые опустошаются бактериями, позволяя деревянным сваям сохранять свою форму. Таким образом, даже если деревянные сваи повреждены, вся система из древесины, воды и грязи удерживается вместе под сильным давлением и остается упругой на протяжении столетий.
«Есть ли повод для беспокойства? И да, и нет, но нам все равно следует рассмотреть возможность продолжения такого рода исследований», — говорит Иззо. С момента отбора образцов 10 лет назад они не собирали новые образцы, в основном из-за логистических проблем. Неизвестно, сколько еще сотен лет прослужит фундамент, говорит Маккиони. «Однако [он прослужит] до тех пор, пока окружающая среда остается прежней. Система фундамента работает, потому что она сделана из дерева, почвы и воды». Почва создает среду, свободную от кислорода, вода способствует этому и поддерживает форму клеток, а дерево обеспечивает трение. Без одного из этих трех элементов система рушится.
В 19 и 20 веках древесина была полностью заменена цементом при возведении фундамента. Однако в последние годы возрос интерес к новой тенденции строительства из дерева, включая рост деревянных небоскребов . «Это своего рода крутой материал сейчас, и на то есть веские причины», — комментирует Лесли. Древесина — это поглотитель углерода, она биоразлагаема и благодаря своей пластичности считается одним из самых сейсмостойких материалов.
«Мы, конечно, не можем строить целые города из дерева в наши дни, потому что нас слишком много на планете», — добавляет Маккиони, но нельзя отрицать, что без искусственных материалов и без двигателей древние строители просто должны были быть более изобретательными. Венеция — не единственный город с деревянными фундаментами, но это «единственный [где применялась техника трения] в массовом порядке, который до сих пор существует и который так безумно красив», — добавляет Пузрин. «Там были люди, которые не изучали механику грунтов и геотехническую инженерию, и все же они создали то, о чем мы можем только мечтать, и что просуществовало так долго. Они были удивительными, интуитивными инженерами, которые поступили совершенно правильно, воспользовавшись всеми этими особыми условиями».
Техника венецианских свай завораживает своей геометрией, своей многовековой устойчивостью и своими масштабами. Никто точно не знает, сколько миллионов свай находится под городом, но только в основании моста Риальто находится 14 000 плотно упакованных деревянных столбов , а под базиликой Сан-Марко, построенной в 832 году нашей эры, растет 10 000 дубов.Строительство на векаЛишь однажды, в начале своей карьеры, Пузрину было предложено предоставить гарантию на 500 лет на строительство храма бахаи в Израиле.
«Я был немного шокирован, потому что это было необычно», — вспоминает он. «Я был действительно напуган, и они хотели, чтобы я подписал. Я позвонил своему боссу в Тель-Авив, очень опытному старому инженеру, и сказал: «Что мы будем делать? Они хотят 500 лет». Он ответил: «500 лет? [пауза]. Подпишите». Никого из нас там не будет»
«Я родилась и выросла в Венеции», — говорит Катерина Франческа Иззо, профессор кафедры химии окружающей среды и культурного наследия Венецианского университета. «В детстве я, как и все остальные, знала, что под венецианскими зданиями растут деревья Кадоре [горный регион рядом с Венецией]. Но я не знала, как размещаются эти сваи, как их подсчитывают и сбивают, и не знала, что у баттипали (буквально «забиватели свай») была очень важная профессия. У них даже были свои песни. Это увлекательно с технической и технологической точки зрения».
Баттипали вручную забивали сваи и пели древнюю песню, чтобы поддерживать ритм – завораживающую и повторяющуюся мелодию со словами, которые восхваляют Венецию, ее республиканскую славу, ее католическую веру и провозглашают смерть врагам того времени, туркам. На более веселой ноте венецианское выражение, которое все еще используется сегодня, na testa da bater pai (буквально «голова, которая хороша, чтобы забивать сваи») – это красочный способ сказать, что кто-то тупой или тугодум.
 |
Людей, которые забивали сваи в ил, называли баттипали, или забивальщиками свай, и они использовали песню, чтобы поддерживать ритм во время работы (Фото: Эммануэль Лафонт/BBC) |
Сваи забивались как можно глубже, пока их уже нельзя было забивать дальше, начиная с внешнего края конструкции и двигаясь к центру фундамента, обычно забивая девять свай на квадратный метр в форме спирали . Затем головки спиливались, чтобы получить ровную поверхность, которая будет находиться ниже уровня моря.
Поперечные деревянные конструкции — либо zatteroni (доски), либо madieri (балки) — помещались сверху. В случае колоколен эти балки или доски были толщиной до 50 см (20 дюймов). Для других зданий размеры составляли 20 см (8 дюймов) или даже меньше. Дуб был самой прочной древесиной, но он был также и самой ценной. (Позже дуб использовался только для строительства кораблей — он был слишком ценным, чтобы вставляться в грязь.) Поверх этого деревянного фундамента рабочие помещали камень здания.
Венецианская республика вскоре начала защищать свои леса, чтобы обеспечить достаточно древесины для строительства, а также для кораблей. «Венеция изобрела лесоводство», — объясняет Никола Маккиони, научный руководитель института биоэкономики Национального совета по исследованиям Италии, имея в виду практику выращивания деревьев. « Первый официальный документ по лесоводству в Италии действительно принадлежит Великолепному сообществу долины Фьемме [к северо-западу от Венеции] и датируется 1111 годом нашей эры. В нем подробно описаны правила эксплуатации лесов без их истощения».
По словам Маккиони, эти методы сохранения, должно быть, применялись задолго до того, как они были записаны. «Это объясняет, почему долина Фьемме до сих пор покрыта пышным еловым лесом». Однако такие страны, как Англия, столкнулись с нехваткой древесины уже к середине XVI века, добавляет он.
 |
Деревянные сваи под Венецией медленно разрушаются, поскольку анаэробные бактерии атакуют клеточные стенки древесных волокон (Фото: Эммануэль Лафонт/BBC) |
Венеция — не единственный город, в фундаменте которого использованы деревянные сваи, но есть ключевые отличия, которые делают его уникальным. Амстердам — еще один город, частично построенный на деревянных сваях, здесь и во многих других городах Северной Европы они уходят вниз до тех пор, пока не достигнут скального основания, и работают как длинные колонны или как ножки стола.
«Это нормально, если скала находится близко к поверхности», — говорит Томас Лесли, профессор архитектуры в Университете Иллинойса. Но во многих регионах коренная порода находится далеко за пределами досягаемости сваи. На берегу озера Мичиган в США, где работает Лесли, коренная порода может находиться на глубине 100 футов (30 м) под поверхностью. «Найти такие большие деревья сложно, не так ли? Ходили истории о Чикаго в 1880-х годах, где они пытались вбить один ствол дерева на другой, что, как вы можете себе представить, в конечном итоге не сработало. Наконец, они поняли, что можно положиться на трение почвы».
Принцип основан на идее укрепления почвы путем вбивания как можно большего количества свай, что повышает существенное трение между сваями и почвой. «Что в этом умного, — говорит Лесли, — так это то, что вы как бы используете физику… Прелесть этого в том, что вы используете текучую природу почвы для обеспечения сопротивления, чтобы удерживать здания». Технический термин для этого — гидростатическое давление, что по сути означает, что почва «схватывает» сваи, если их много плотно вставлено в одном месте, говорит Лесли.
Действительно, венецианские сваи работают именно так – они слишком коротки, чтобы достичь скального основания, и вместо этого поддерживают здания благодаря трению. Но история этого способа строительства уходит еще дальше.
Эту технику упоминал римский инженер и архитектор I века Витрувий; римляне использовали погруженные сваи для строительства мостов, которые, опять же, находятся близко к воде. Водные ворота в Китае также строились с помощью фрикционных свай. Ацтеки использовали их в Мехико, пока не пришли испанцы, не снесли древний город и не построили на нем свой католический собор, отмечает Пузрин. «Ацтеки знали, как строить в своей среде, гораздо лучше, чем испанцы позже, у которых сейчас огромные проблемы с этим столичным собором [где пол проседает неравномерно]».
Пузрин ведет выпускной класс в ETH, который исследует известные геотехнические неудачи. «И это одна из таких неудач. Этот собор в Мехико, и Мехико в целом, — это музей под открытым небом всего, что может пойти не так с вашим фундаментом».
 |
Дерево, почва и вода вместе обеспечивают фундаменту Венеции |
После более чем полутора тысяч лет пребывания под водой фундаменты Венеции оказались на удивление устойчивыми. Однако они не застрахованы от повреждений.
Десять лет назад группа ученых из университетов Падуи и Венеции (отделения от лесного хозяйства до инженерии и культурного наследия) исследовала состояние фундамента города, начав с колокольни церкви Фрари, построенной в 1440 году на ольховых сваях.
Колокольня Фрари проседает на 1 мм (0,04 дюйма) в год с момента ее постройки, в общей сложности на 60 см (около 24 дюймов). По сравнению с церквями и зданиями, колокольни имеют больший вес, распределенный на меньшей поверхности, и поэтому проседают глубже и быстрее, «как каблук-стилет», говорит Маккиони, который был частью группы, исследовавшей фундамент города.
Катерина Франческа Иззо работала на поле, бурила скважины, собирала и анализировала образцы древесины из-под церквей, колоколен и со стороны каналов, которые в то время опорожнялись и очищались. Она сказала, что им приходилось быть осторожными, работая на дне сухого канала, чтобы избежать сточных вод, которые время от времени выливались из боковых труб.
Группа обнаружила , что во всех исследованных ими конструкциях древесина была повреждена (плохие новости), но система из воды, грязи и древесины удерживала все вместе (хорошие новости).
Они развенчали распространенное мнение, что древесина под городом не гниет, потому что находится в бескислородном или анаэробном состоянии — бактерии атакуют древесину даже при отсутствии кислорода. Но действие бактерий намного медленнее, чем действие грибков и насекомых, которые действуют в присутствии кислорода. Кроме того, вода заполняет клетки, которые опустошаются бактериями, позволяя деревянным сваям сохранять свою форму. Таким образом, даже если деревянные сваи повреждены, вся система из древесины, воды и грязи удерживается вместе под сильным давлением и остается упругой на протяжении столетий.
«Есть ли повод для беспокойства? И да, и нет, но нам все равно следует рассмотреть возможность продолжения такого рода исследований», — говорит Иззо. С момента отбора образцов 10 лет назад они не собирали новые образцы, в основном из-за логистических проблем. Неизвестно, сколько еще сотен лет прослужит фундамент, говорит Маккиони. «Однако [он прослужит] до тех пор, пока окружающая среда остается прежней. Система фундамента работает, потому что она сделана из дерева, почвы и воды». Почва создает среду, свободную от кислорода, вода способствует этому и поддерживает форму клеток, а дерево обеспечивает трение. Без одного из этих трех элементов система рушится.
В 19 и 20 веках древесина была полностью заменена цементом при возведении фундамента. Однако в последние годы возрос интерес к новой тенденции строительства из дерева, включая рост деревянных небоскребов . «Это своего рода крутой материал сейчас, и на то есть веские причины», — комментирует Лесли. Древесина — это поглотитель углерода, она биоразлагаема и благодаря своей пластичности считается одним из самых сейсмостойких материалов.
«Мы, конечно, не можем строить целые города из дерева в наши дни, потому что нас слишком много на планете», — добавляет Маккиони, но нельзя отрицать, что без искусственных материалов и без двигателей древние строители просто должны были быть более изобретательными. Венеция — не единственный город с деревянными фундаментами, но это «единственный [где применялась техника трения] в массовом порядке, который до сих пор существует и который так безумно красив», — добавляет Пузрин. «Там были люди, которые не изучали механику грунтов и геотехническую инженерию, и все же они создали то, о чем мы можем только мечтать, и что просуществовало так долго. Они были удивительными, интуитивными инженерами, которые поступили совершенно правильно, воспользовавшись всеми этими особыми условиями».
* Иллюстрации в этой истории приведены исключительно в художественных целях и не являются истинным изображением деревянных свайных фундаментов под Венецией, которые расположены плотно и не имеют ответвлений.
(Copyrighted © Перевод с англ. Louiza Smith)
Источник:
By Anna Bressanin,
«Mud, water and wood: The system that kept a 1604-year-old city afloat»