Бетон — пожалуй, самый спорный строительный материал в мире. И одновременно самый популярный. Мосты, парковки, высотные здания — бетон повсюду. Но что многие не знают: сам по себе бетон — весьма проблемный строительный материал. Он трескается, деформируется и при этом быстро достигает своих пределов.
В XIX и XX веках требования к сооружениям, а значит и к строительным материалам, становились всё выше. Одного бетона было недостаточно. То, что мы и сегодня можем возводить столь впечатляющие конструкции из бетона, мы обязаны инновациям двух мужчин. Об одном из них, Joseph Monier, мы уже говорили. Материал вы можете прочитать здесь: Joseph Monier: Как садовник изобрёл железобетон
В этот раз речь пойдёт о втором из них, Eugène Freyssinet. Он развил железобетон дальше и открыл с помощью своего предварительно напряжённого бетона совершенно новые возможности для строительства во всём мире. Вместе мы рассмотрим его жизнь и его наследие, которое он оставил нашей отрасли. Оглянемся на конец XIX века во Франции.
Строительная отрасль в конце XIX века
Это было время индустриализации, время технического переосмысления строительства во Франции, например благодаря Легендарный инженер Гюстав Эйфель . К концу XIX века Европа находилась уже в самом центре перемен. Индустриализация давно проникла во все сферы жизни и открывала новые возможности. В этот период города стремительно росли, развивались торговые пути, а мир становился более динамичным, чем когда-либо прежде.
Из-за этих масштабных изменений строительная отрасль столкнулась с беспрецедентным вызовом. Нужны были мосты, вокзалы, заводы и как можно большие складские помещения. Это обеспечивало строительным компаниям не только внушительный объём заказов, но и ряд на первый взгляд неразрешимых проблем: не хватало подходящего строительного материала.
Доминирующие строительные материалы в конце XIX века
Строили, конечно, активно, но новые требования к строительной отрасли в эпоху индустриализации делали слишком амбициозные проекты почти невозможными. Это было связано прежде всего с обычными строительными материалами, которые использовались в то время.
Материалом № 1 была классическая каменная кладка (камень и кирпич). Уже на протяжении веков, если не тысячелетий, она была предпочтительным решением при возведении жилых зданий или хозяйственных построек. Конюшни, оборонительные сооружения, небольшие мосты или церкви: строили из кирпича и камня. Ведь кладка очень хорошо работает на сжатие и поэтому долговечна. Но при этом она тяжёлая, малопластичная, а пролёты у неё скорее ограничены.
С индустриализацией появились железо и сталь. Впервые стали возможны большие пролёты, а сооружения могли выглядеть одновременно монументально и изящно. Лучший пример — Эйфелева башня, о которой мы уже рассказывали. Если вам интересна эта легендарная башня, можете посмотреть материал здесь: Эйфелева башня: ненавидимая, любимая, почти снесённая .
Однако у железа и стали были явные недостатки: изготовление крупных элементов было не только сложным, но и очень дорогим. К тому же они были очень подвержены коррозии. Это делало оба материала непригодными для масштабных строительных проектов. Таким образом, строительная отрасль оказалась перед проблемой. Ранний бетон или же железобетон, разработанный Joseph Monier, тоже был ещё одним вариантом.
Развитие железобетона Монье, как мы уже рассказывали, было скорее случайностью. Хотя сочетание бетона и железа выглядело многообещающе, до совершенства ему было ещё далеко. Для больших мостов или складов даже железобетон в долгосрочной перспективе не подходил. Со временем возникали трещины или материал деформировался.
Сегодня мы знаем, что людям того времени не хватало понимания поведения материалов. Такие явления, как ползучесть — медленная деформация бетона, — и усадка — изменение объёма при высыхании, — были почти не изучены. Инженеры того времени действовали с запасом прочности. Они строили из того, что знали: пусть всё остаётся как есть. Безопасность связывали с массивностью, поэтому возводили очень тяжёлые конструкции, которые с точки зрения расхода материалов были крайне неэффективны. К тому же были высокие затраты. Но ведь пригодной альтернативы просто не существовало. Пока ещё нет.
Eugène Freyssinet: революция в строительной отрасли
Большинство инженеров в конце XIX века работало по проверенным принципам. Предпочитали опираться на знакомое, а не терпеть неудачу из-за новшеств. Одним из тех, кто должен был это изменить, был Eugène Freyssinet. Родившийся во Франции в 1879 году, он рос в эпоху перемен. Строительство менялось.
Его технический талант вскоре открыл ему путь в одно из самых престижных учебных заведений Франции в области инженерного дела — École Nationale des Ponts et Chaussées. Здесь Eugène Freyssinet прошёл классическое обучение по специальности гражданское строительство. Такая учёба включала:
- мостостроение
- поведение материалов
- статические расчёты
После окончания он был сразу принят на государственную службу Франции и в основном занимался общественными строительными проектами. Его зона ответственности охватывала мостовые проекты, создание инфраструктуры и расчёты несущих конструкций в массивном строительстве. Уже рано Eugène Freyssinet усомнился в существующих системах.
Потому что в своей работе он снова и снова замечал одну вещь: бетон вёл себя иначе, чем предсказывали тогдашние расчётные модели. Eugène Freyssinet с пугающей регулярностью наблюдал неожиданные деформации, долговременные осадки и непредвиденное образование трещин. И всё это — несмотря на то, что работа была выполнена добросовестно. Так в чём же заключалась проблема?
Eugène Freyssinet: изобретатель предварительно напряжённого бетона
Eugène Freyssinet задал себе конкретный вопрос: что, если бетон вообще не подвергать растяжению? Его решением стало в итоге создание предварительно напряжённого бетона (Prestressed Concrete). Но как вообще это работает? Кратко рассмотрим.
Стальные канаты для железобетона предварительно натягивают. Затем вокруг них заливают бетон. После твердения натяжение стальных канатов передаётся на бетон, и он оказывается постоянно сжатым. Растягивающие усилия, которые в противном случае действовали бы на бетон, компенсируются внутренним сжатием. Поскольку бетон очень хорошо работает на сжатие, трещины почти не образуются, а несущая способность заметно возрастает.
Таким образом, в отличие от обычного железобетона, предварительно напряжённый бетон в значительной степени свободен от трещин, в том числе в долгосрочной перспективе. Это делает элемент более стабильным, долговечным, а строительство — значительно более эффективным. С предварительно напряжённым бетоном внезапно стали возможны более крупные мосты. Одновременно конструкции стали изящнее, а большое количество материала попросту стало излишним.
Именно это было так необходимо в эпоху индустриализации. Кстати, инженер-строитель, который позже сделал предварительно напряжённый бетон общепринятым, — это Fritz Leonhardt. Если вам интересна эта тема, можете прочитать здесь: Фриц Леонхардт: инженер, который сделал бетон парящим .
Eugène Freyssinet: ползучесть, усадка и растерянность
В начале XX века должен был быть построен новый мост через Алье, позднее мост Вёрдре. Планировался классический каменный арочный мост как замена бывшему подвесному мосту. Но по счастливой случайности в дело вмешался инновационный проект Eugène Freyssinet. Строительный подрядчик увидел потенциал его идей и убедил власти построить сразу несколько мостов по новой системе Freyssinet. Настоящий шанс для молодого инженера-строителя!
Ещё до строительства Eugène Freyssinet испытал свои концепции. Для этого он велел возвести опытную арку и впервые применил свою инновационную технологию. Опоры были соединены натянутыми проволоками: ранний, но эффективный предшественник того, что позже во всём мире стало известно как предварительно напряжённый бетон.
После этого можно было начинать. Благодаря необычно пологим аркам и их очень изящной конструкции мост для того времени был, безусловно, более чем необычным зрелищем. В то время как инженеры-строители скептически смотрели на 19-сантиметровую толщину арки в замке свода моста, подрядчики уже хвалили малый расход материала.
Однако после завершения строительства наступил критический момент: арки осели до 13 см. Почему это произошло? Здесь сказались такие эффекты, как ползучесть и усадка, которые тогда ещё не были изучены. Eugène Freyssinet немедленно отреагировал: он распорядился срочно перестроить конструкцию ночью.
С помощью гидравлических прессов он вернул мосту первоначальную форму. Он был спасён. Более того: последующие испытания под нагрузкой он прошёл без проблем и убедил даже скептически настроенную прессу. Этот опыт укрепил Eugène Freyssinet в намерении глубже изучить неожиданное поведение железобетона и активно использовать его в будущих проектах.
Eugène Freyssinet: никаких инноваций без сопротивления
Как и в случае со многими инновациями, поначалу новый подход Eugène Freyssinet вызывал скепсис, особенно в профессиональных кругах. Причины были разными. Сначала не было уверенности, сможет ли предварительно напряжённый бетон долго сохранять прочность. Вспомним: до этого времени большие сооружения — будь то мосты или склады — были прежде всего массивными. Огромные глыбы из каменной кладки или железобетона.
Поэтому почти изящные проекты Eugène Freyssinet, конечно, вызывали вопросы. Выдержит ли это в долгосрочной перспективе? Как вообще такое строят и действительно ли это более эффективно? Но Eugène Freyssinet позволил своим конструкциям говорить самим за себя.
Своими сооружениями он показал, что влияние ползучести и усадки было не только расчётным, но и могло активно использоваться, чтобы делать здания ещё более несущими и долговечными. Проблема превратилась в реальную возможность. И когда в конце 1920-х годов на суровом побережье Бретани зашла речь о строительстве моста, настал момент истины.
Eugène Freyssinet: строительство моста Pont Albert-Louppe
Его длина должна была составить более 800 м, что при тогдашних пролётах было трудно реализовать. Eugène Freyssinet увидел здесь свой шанс. Мост должен был стать экспериментом, построенным из предварительно напряжённого бетона. Бетон считался инертным, пассивным материалом, который действительно несёт нагрузку только в массивном виде.
Eugène Freyssinet хотел доказать обратное: Pont Albert-Louppe должен был иметь огромные пролёты, более смелые, чем всё, что тогда считалось возможным для этого материала. Ведь бетон, как тогда полагали, абсолютно предсказуем. В конце концов, были известны его прочность на сжатие и его пределы. Большинство коллег Eugène Freyssinet игнорировали возникающие деформации. А он, наоборот, хотел именно их использовать в своих сооружениях. Для этого мост подходил идеально.
Проблема бетона, которую многие либо игнорировали, либо встречали пожатием плеч, проявилась уже во время строительства. Арки начали снова оседать, пусть и медленно, но непрерывно. Согласно классическим расчётам, именно этого происходить не должно было. И что теперь? Снос? Разумеется, нет, ведь Eugène Freyssinet именно на это и рассчитывал.
Для Eugène Freyssinet теперь только начиналась самая интересная часть его работы. Он не считал это неудачей, а воспринимал как шанс в крупном масштабе доказать свои теории. Проблемой был не бетон, а то, как его используют. Ведь бетон — это не жёсткий материал, он работает. И именно это Eugène Freyssinet использовал себе на пользу.
Вместо того чтобы мириться с деформациями, Eugène Freyssinet активно вмешался. С помощью своего гидравлического метода он вернул мост в нужную форму. Немного поднять, подкорректировать, снова посадить: готово. Для широкой общественности это был совершенно новый подход.
Больше не действовал принцип: «Мы строим и надеемся, что это выдержит». Вместо этого он показал профессиональному сообществу: «Мы контролируем, как ведёт себя сооружение». Eugène Freyssinet доказал, что сооружения — это не статичные объекты, а их можно понимать как систему сил и активно управлять ею. Pont Albert-Louppe был тому доказательством.
Бетон больше не был пассивно несущим материалом, а благодаря предварительному напряжению мог активно и осознанно контролироваться. Именно здесь Eugène Freyssinet и подошёл к своей идее предварительно напряжённого бетона. И с этого началась совершенно новая эпоха для строительной отрасли. Шанс также технически поддержать индустриализацию.
Вывод: без Eugène Freyssinet не было бы современной инфраструктуры
Благодаря революционным сооружениям Eugène Freyssinet предварительно напряжённый бетон в строительной отрасли постепенно утвердился. Причём довольно быстро — по всему миру. А сегодня? Сегодня этот материал уже невозможно представить себе без него. Области применения очень разнообразны: от мостов до высотных зданий, парковок и покрытий залов. Многие современные здания были бы невозможны без этой технологии.
В мостостроении предварительно напряжённый бетон, особенно конца XX века, имеет не слишком хорошую репутацию. Обрушение Каролинского моста в Дрездене 11 сентября 2024 года — хороший пример того, что строительный материал должен постоянно развиваться и совершенствоваться. Строительная отрасль непрерывно учится, и нередко — на ошибках, которые становятся заметны лишь позже. Прежде всего, обслуживание такого сооружения никогда не следует игнорировать. Если вам интересна эта тема`, можете прочитать об этом подробнее здесь: Ветхие мосты в Германии .
Несмотря на своё огромное значение, Eugène Freyssinet за пределами профессиональных кругов малоизвестен. Почти никто, кто не работает профессионально с предварительно напряжённым бетоном, не знает его имени. Причина проста: Eugène Freyssinet создал не отдельное культовое сооружение, а новую строительную систему. То, что становится стандартом, со временем становится невидимым, но от этого не менее важным. Техническая инновация по сути стоит за видимым дизайном. Инженерное достижение остаётся на заднем плане, тогда как имена архитекторов или спонсоров пишутся крупно.
Итак, что остаётся: Eugène Freyssinet кардинально изменил железобетонное строительство. Его изобретение сделало возможными долговечные сооружения, большие пролёты и экономичные конструкции. Возможно, он не создал знаменитый силуэт города, но он заложил реальную основу, на которой строится большая часть нашей современной инфраструктуры. Eugène Freyssinet был настоящим пионером в области предварительно напряжённого бетона`, который осмелился заново переосмыслить классические системы. Мы всегда так делали — но по-другому лучше.