Бесплатный фрагмент - Александровская колонна в русле времени

К читателям

«… великолепная колонна Александрийская, остановляя взор, приковывает к себе невольно мысль; мощная дочь полуночи, единственная, как тот, чьё имя она носит; из недр собственной земли собственными руками добытая и воздвигнутая; великая, чистая, целая, блестящая, прочная; — колонна Русская не во всём ли подобна Русской славе? Когда в гигантской тени её скрываются остальные чудеса света, она склоняет величественную главу свою под знамением креста, превыше себя вознося веру и смирение!» — Башуцкий «Панорама Санкт Петербурга» 1834 г.

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Перед вами материалы публикаций 19 века и документы, в которых нашла отображение история воплощения в камне замечательнейшего замысла человеческого и произведения рук человеческих.

Более девяти лет время от времени обращалась я к теме создания Александровской колонны, можно сказать, в противостоянии множественным вымыслам и недоумениям альтернативщиков. Тогда мне самой даже так называемая «официальная версия» истории сего памятника была знакома лишь поверхностно. Потому каждая новая находка становилась «открытием века», это продолжается и поныне, потому я частенько радуюсь, узнавая всё больше деталей, порой совсем неожиданных. А, поскольку, есть я человек с технарским складом ума (да и по профессии инженер-строитель), то особо привлекательными для меня были, есть и будут, естественно, технологические подробности.

Шутка ли — перед нами непревзойдённая операция по масштабам и весу добываемых монолитов, их обработке, доставке и установке в первой половине 19 века.

В те времена, когда, гуляя по улицам городов, люди ежедневно могли любоваться работой каменотёсов и камнерезов, и когда у них не возникало даже мысли о том, что вручную камни обрабатывать «нивазможно», столь грандиозное, творимое на грани технических возможностей того времени дело вызывало живейший интерес, изумление и восхищение как у простых обывателей, так и у специалистов. И, естественно, оно порождало величайшее уважение к тем, кто его совершил.

Мы не будем уподобляться невеждам, а продолжим пополнять сокровищницу знаний наших сведениями о способах и приёмах, порой весьма простых и неожиданных, рождённых смекалкою созидателей того времени.

В двух предыдущих частях книги мы с вами уже ознакомились с деталями сооружения Александровской колонны, описанными Монферраном и полковником А. М. Экеспарре. И нам остаётся собрать известное, добавить ещё не упомянутое и разобраться с различными операциями подетально.

Задумывалась эта уже вылившаяся в несколько томов «эпопея», как познавательная книга (одна, а не несколько «серий»). Но, поскольку первым появилось название, а оно, как водится, значительно определяет всё дальнейшее, то обойтись чисто описанием одной колонны не получилось. Ключик кроется в словах «в русле времени». И действительно, рассмотрение истории колонны вне контекста происходящего в те годы было бы неправильно. Здравомыслящие люди для вынесения своего решения, разбирая действие, стараются учитывать все «детали» среды и её условий. Проще говоря, смотрят не только глубже, но и шире. Поэтому историю создания колонны «иллюстрирую» дополнительными сведениями о событиях и достижениях, о некоторых представлениях и традициях той эпохи, о людях, причастных к созданию шедевра, и о том, как воспринимали современники то, что делалось в каменоломне и происходило в Санкт-Петербурге.

О размещении материалов

В первой части изложены сведения о способах транспортировки, доступных строителям в начале 19 века. Вы увидите, что кажущееся невозможным, становится возможным при правильном применении законов механики. Следом обращаюсь к искусственным камням, которые человечество «склонно» изобретать, и которые, к сожалению, во многом уступают природным. Хотя некоторые из рукотворных камней за прочность даже называли гранитом, по красоте и разнообразию они уступают натуральным. А ценность осколков знаменитых монолитов настолько велика, что их веками хранят в коллекциях и дарят друг другу именитые особы. Сведения о судьбе осколков Александровской пирамиды вы найдёте в третьей части.

Во второй части продолжено рассмотрение дел каменных, но уже с позиции технологий, которые человечество разрабатывало со времён палеолита, значительно развило, научившись производить металлы и орудия из них, и совершенствовало, следуя техническому прогрессу. Впрочем, старинные технологии ручной обработки камня используются и в наше время не только скульпторами, но и реставраторами (особенно широко они применяются последними).

Часть третья содержит перевод иностранных публикаций. В них звучит восхищение подвигом созидателей и приводятся новые детали масштабной операции.

Четвёртая часть отведена разбору «полётов» альтернативщиков, с изложением начала архитектурной стези Монферрана и ответами на «каверзные» вопросы. Разумеется, поместилось не всё, что задумано сообщить об Александровской колонне, а потому будет продолжено в следующем томе.

Иллюстрации для томика найдены в «подвалах» интернета, многое обнаружено в давних публикациях, потому и качество у некоторых соответствующее. Современные картинки-фотографии имеют свободную лицензию, как общественное достояние России, Канады и США.

Моя искренняя благодарность

всем тем, кто помогал мне своим участием в сборе материалов, кто подсказывал, дополнял и поправлял меня в комментариях, кто подвигнул на написание книги. Огромное спасибо!

I. Сакральные знания — народу!

А не начать ли нам с транспорта?

Ведь, как известно, камень в городе не растёт, его туда снабженцы завозят: о)

Любое сооружение, имеющее в составе своём монолиты, будь то Стоунхендж, Саксайуаман, Баальбек, Стена плача, различного рода колонны и обелиски вызывает в среде альтернативщиков колоссальные волны и водовороты недоумений и вымыслов, ибо, по их представлениям, без современной техники (впрочем, некоторые заявляют, что даже и ею) доставка и установка гигантов такого веса невозможна.

Многие тысячи лет в разных местах планеты человечество старательно преодолевало силу тяжести. С развитием археологии число доказательств тому только множится. Как и в любом деле, удачный опыт запоминают, повторяют на разные лады, накапливают и развивают, а приёмы усовершенствуют. Например, погрузка-выгрузка гром-камня, а немногим позже транспортировка и установка колонн для Казанского и Исаакиевского собора, не остались безвестными для последующих инженеров, механиков, технологов…

Во времена весьма и весьма отдалённые, или с чего всё начиналось…

Бескрановая погрузка много старше крановой, ибо первоначально она выполнялась только силами людей, а затем людей и животных, но уже с применением простейших средств механики — рычага, наклонной плоскости и ворота (который сам по себе является усовершенствованным рычагом. Все эти средства можно встретить и ныне, например, в быту. Первыми транспортными средствами можно считать сани и волокуши.

И тут, да простят меня ценители строгих текстов, процитирую я саму себя, а точнее, свою давнюю статью со всей её стилистикой.

Японские шура — самые древние в мире сани

Живём мы тут, успоряемся, везли ли гром-камень на шариках, или не везли (патамушта!)…

А в это время тихой сапой японцы снова удивили мир, обнаружив у себя на задворках Востока самые древние сани, на которых дзёмоны таскали гигантские деревья и тяжёлые камни. Вывод напрашивается один — ЯПОНЦЫ ПЕРЕПИСЫВАЮТ НАШУ ИСТОРИЮ!!!

Найденные брёвна имели длину около 2.5 метров, диаметр от 200—300 мм. На окончаниях «вилки» особые симметрично расположенные «вмятины». Брёвна эти си-и-ильно напоминали более поздние (5-го века) сани-шура, которыми древние японцы перетаскивали большунные камни.

История дела такова. В 1997 году в японской префектуре Тояма при раскопках комплекса Сакурамачи в городе Оябе* были найдены два странных бревна из дерева каштана. Согласно углеродному анализу брёвнам, явно представлявшим собою часть какой-то неизвестной конструкции, около 4000 лет. В те времена место заселяли люди культуры Дзёмон. (Голос за кадром: тартарийцы! не верьте охвициалам-исТОРыкам! Тартария форева!)

(*) Sakuramachi site in Oyabe City

Было выполнено полевое иcследование Y-образных брёвен и изучены структурные их характеристики (см. табл выше).

Но этого японцам показалось мало. Поскольку деревяги напоминали сани-шура, было решено проверить их на способность грузотаскания. Сказано — сделано. Одна заковыка, никак нельзя было исторические артефакты подвергать стрессовым нагрузкам, а потому соорудили хитрые японские учёные модель в 1/5 величину натуральных бревёшек.

И пошла потеха великая!

Ручками тягать не стали, доверили генерировать силу тягучую мотору электрическому. Да датчиков в схему понатыкали. И получили японские потомки дзёмонов коэффициент трения качения 0.026!

Дальше — больше, стали японские добры молодцы сравнивать сани японские разные, да сани египетские

И получилось у них, что сани дзёмонцев* — самые старые сани, найденные в мире. Другие-то сани не так хорошо сохранились.

(*) Дзёмон — культура охотников-собирателей, получившая название по особенностям внешней отделки гончарной посуды и лепных фигурок (отпечаткам витого шнура). Время существования культуры с 13000 г. до н.э. по 300 г. до н.э.

И вообще, отличились японцы, придумавшие смазки разные растительного происхождения. Оказалось, что свежий бамбук — очень жирное растение. Ещё одно природное смазочное средство — съедобные водоросли комбу.

При строительстве замка Осака для транспортировки больших камней японцы использовали суда, а по суше камни возили на санях, применяя в качестве смазки водоросли «комбу». Сушёную комбу завозили с Хоккайдо.

А если серьёзно, то есть такая наука — трибология, занимающаяся проблемами качения, скольжения, в общем, взаимодействия предметов во время движения их относительно друг друга. Учёные этой научной области изучают подшипники, ролики и разные другие механические «штучки»: о)

Дальнейшее я «подглядела» у них (трибологов).

Древними цивилизациями сани использовались для перевозки тяжелых предметов в Египте, Месопотамии и в других частях света. Также сани различных типов использовались в Японии и в других местах в течение последних 2000 лет для перевозки огромных камней, деревьев и других предметов. В III — VII веках в Японии было принято хоронить дворян в больших курганах (кофун), а сани шура (shura sledges, по-другому — сюра) применялись при перевозке крупных камней для их строительства, и сооружения каменных гробов. В 1978 году при раскопках рва конфуна Мицузука (Mitsuzuka) около Осаки были обнаружены рычаг и двое репрезентативных shura-саней в полной форме.

Большие сани были тщательно обработаны и выставлены в музее Тикацу Асука (археологический музей возле Осаки). Маленькие сани выставлены в Публичной библиотеке Фудзиидеры, рядом с ними.

Большие сани из дуба акагаши имеют длину 8,8 м. Основная секция имеет ширину 1,8 м и разветвляется на две секции в 2 м от передней части. Нижняя, боковая и верхняя части секции «ног» были тщательно ошлифованы, а передняя часть напоминает корпус перевёрнутого корабля. Примерно в 1 м от передней части имеется отверстие шириной около 30 см и высотой 10–20 см, проходящее с одной стороны на другую, и на расстоянии около 1,7 м от передней части, с каждой стороны имеется L-образное отверстие около 25 — 30 см в ширину и 20 см в высоту, идущее сверху вниз. Есть также отверстия в секциях ног. Считается, что через эти отверстия пропускали верёвки при увязывании груза или те, за которые тянули сани.

Меньшие сани, сделанные из дуба куниги, напоминают по форме более крупные, но отделаны лишь вчерне, имеют длину 2,8 м. Основная часть имеет ширину 75 см и в 60 см от передней части разветвляется на две секции.

В этом районе вокруг Осаки много курганов, и велика вероятность того, что при их строительстве или в других случаях для перевозки тяжёлых предметов обычно использовались сани-шура. В сентябре 1978 года газета «Асахи Симбун» попросила Цунэкадзу Нишиоку, известного мастера-плотника храма Хорюдзи, создать для эксперимента репродукцию больших саней. Было решено проверить, можно ли, как в древние времена, с их помощью тащить огромный камень, используя силу человека. Эксперимент был проведён в сухом русле реки вблизи слияния рек Яматогава и Исигава вблизи Осаки. На сани был помещён 14-тонный камень с близлежащих гор Икома. Сначала тащить сани попытались 200 трудоспособных мужчин, но те не сдвинулись с места. После увеличения команды до 300 человек, сани, наконец, пришли в движение.

В следующем опыте сани были размещены поверх и поперёк дубовых брёвен, что позволило тянуть их намного быстрее, чем по руслу реки, а когда брёвна были смазаны рапсовым маслом, скорость движения возросла до 4 км/ч. Наконец, когда на грунтовую дорогу рядом с руслом реки были положены доски и ролики, а сани поставлены сверху, их уже могли плавно тянуть 36 человек.

Этот эксперимент показал, что усилие, необходимое для перемещения тяжёлых предметов, с помощью роликов можно уменьшить на 90%, а заодно подтвердил подлинность сцены, изображённой на настенной росписи Эль-Бершех (древнеегипетской фрески). Этот метод позволил бы транспортировать огромные камни Ишибутай Кофун в Асука, префектура Нара. В Асуке много огромных каменных артефактов, и, вероятно, при их перевозке широко применялись сани шура. Несмотря на то, что в конечном итоге их заменили колёсные транспортные средства, сани шура действительно были «грузовиками и трейлерами» своего времени.

По материалам

Не подмажешь, не поедешь: как китайцы катали камни в Запретный город

Принято считать, что в Китае уже около 1500 года до н.э. колёсные транспортные средства были хорошо развитыми (а именно, появились диски со спицами), поэтому на волокушах (хорошо скользящих санях) камни в Китае уже не возили. Однако мы с детства знаем, что то, что написано пером, не вырубить топором. Видимо, китайские учёные эту премудрость также знают. Они и решили снова проверить её на практике.

Ледяная смазка в Китае в 15—16 веках для перемещения в Запретный город тяжёлых камней

Совсем кратко: Как оказалось, в некоторых древних книгах содержатся краткие упоминания о том, что большой резной камень в Запретном городе (в Пекине) был доставлен на площадку санями, скользящими по искусственной ледяной дороге. Учёные исследовали китайский способ на основании исторических документов и результатов проведённых экспериментов. Опыты показали, что скольжение дерева по льду является более надёжным и эффективным, чем применение других методов смазки, а для того, чтобы этот вид транспортировки был осуществим, необходимо смачивание контактной поверхности водой.

При транспортировке тяжёлых предметов, начиная от 60-тонной статуи в Древнем Египте до 15000-тонного здания в наши дни, решающую роль в снижении трения играет смазка. Хотя в Китае колёса со спицами появились ок. 1500 г. до н.э., в 15 и 16 веках новой эры скользящие сани всё ещё использовались китайцами для перевозки огромных камней в Запретный город в Пекине. Учёные показали, что вместо обычных древних практик, таких как скольжение по дереву или использование брёвен в виде катков, в случае скольжения дерева по льду использовалась технология смачивания льда водой. Древнейшая технология в полной мере использовала природные свойства льда, такие как достаточная твёрдость, плоскостность и низкое трение при наличии водной плёнки. Это движение по льду более эффективно для таких тяжёлых и низкоскоростных перевозок, которые проводились для перемещения камней Запретного города. Транспортировка огромных камней является ранним примером «смазки» льда и дополняет современные исследования скоростного режима, относящиеся к видам спорта на льду.

В ранней истории применения смазки есть две хорошо документированные вехи транспортировки тяжёлых камней (1): (а) смазка использовалась для скольжения дерева по дереву в Саккаре (Saqqara) Египет ок. 2400 до н. э. и (б) применение бревенчатых катков было использовано в Коюнджик (Kouyunjik) Ассирия ок. 700 год до н. э.; обычно для древних случаев качение считается более совершенным способом по сравнению со скольжением. Хотя в Китае колёса со спицами появились около 1500 до н. э., было обнаружено, что в 15-м и 16-м веках скользящие сани всё ещё применялись для транспортировки в Запретный город огромных камней (весом более 100 тонн).

Рисунок 1. Запретный город и огромные камни. (A) Дворцы в Запретном городе. Здания деревянной конструкции были построены на широких и высоких каменных основаниях, с каменными лестницами, ведущими к входу в каждое здание. (B) Большой камень с резьбой, самый тяжёлый камень в Запретном городе, находится за нынешним Залом Сохранения Гармонии (Баохэ Дянь) между двумя дорожками каменной лестницы; обычно считается, что он был более 300 тонн весом, когда его впервые доставили на место в 1407–1420 годах. (C) Расстояние между Запретным городом (a) и карьером Dashiwo в Fangshan (b) составляет около 70 км. Двойные линии на карте (8) представляют реки, а одиночные линии — дороги.

Запретный город является уникальным историческим символом Китая; он не только представлял Верховную имперскую власть династий Мин и Цин в течение примерно 500 лет (до 1911 года), но и предоставляет огромную и ценную информацию об истории и культуре Китая в период 15—19 веков. Огромное количество крупных камней было добыто и перевезено в Запретный город (рис. 1A) для его строительства в 15-м и 16-м веках, включая крупный резной камень, весивший более 300 тонн (рис. 1b). В некоторых книгах кратко упоминается, что большой резной камень был доставлен на место глубокой зимой на санях, скользящих по искусственной ледяной дороге. Этот способ транспортировки никогда подробно или с научной точки зрения не исследовался. Учёные не смогли найти никаких исторических записей о деталях транспортировки этого (резного) камня. Тем не менее, переведя 500-летний китайский документ, содержащий аналогичную информацию, они узнали, что в 1557 году другой большой камень размером 9,6 × 3,2 × 1,6 м (≈123 тонны) был перевезён на 70 км в течение 28 дней в Запретный город на скользящих санях, которые тащила команда мужчин. На карте 1573—1620 годов, показан примерный путь транспорта от карьера до Запретного города (рис. 1С).

Поскольку данная транспортировка такого большого камня находится в противоречии с общим видением истории машиностроения, которое заключается в том, что «перевозка колоссальных статуй человеческими массами не появляется ни в каком виде древнего китайского представления» [видимо, имеется в виду отсутствие письменных упоминаний, скульптурных и художественных изображений] потому что ок. четвёртого века до н.э. в Китае были большие повозки с «элегантно спроектированными спицами».

Как пишут исследователи,

«Следовательно, нам стало любопытно задать три вопроса: (а) Почему сани всё ещё использовались, когда в течение приблизительно 2000 лет в Китае хорошо были развиты большие колёсные транспортные средства? (б) Был ли это хороший выбор для перевозки огромных камней с санями, скользящими по дорожке искусственного льда, по сравнению с другими методами смазки? (в) Каковы были особенности технологии смазывания льда, используемой в Пекине (широта 40° с.ш.)?»

Короче, они исследовали способ транспортировки с точки зрения техники, основываясь на ограниченной информации из современной литературы и исторического документа, и продемонстрировали, что метод водяной смазки льда при скольжении дерева по льду, вероятно, был применён древними китайцами, как более надёжный, по сравнению с качением.

Скольжение или качение?

На самом деле, в 15-м и 16-м веках для перевозки тяжёлых камней в Запретный город использовались как сани, так и колёса. Например, при планировании доставки огромных камней для строительства Запретного города около 1596 года велись споры о том, использовать ли сани или колёсные транспортные средства. Хотя для перевозки на санях требовалось гораздо больше наёмных крестьян, времени и денег, чем для доставки на колёсных транспортных средствах, которые тащили бы мулы, сани были более безопасным и более надёжным методом для доставки огромных камней, добыча которых уже и без того была дорогой. Фактически, учёные утверждают, что санки были необходимы для огромных камней, которые были запредельными для грузоподъёмности колёсных транспортных средств того времени (на колёсах к 1596 году перевозили до 95 тонн). Смазка сделала возможной эту перевозку на санях.

Для уменьшения трения при использовании саней существует два типичных метода смазки: скольжение с помощью смазки и перемещение с помощью (смазанных) роликов. Типичные примеры использования различных методов смазки для перевозки тяжёлых предметов с помощью скользящих саней приведены в таблице 1, где μ — коэффициент кинетического трения, оцененный по известным данным в таблице (материалы и методы), m — масса объекта, и s — расстояние перевозки.

Исследователи включили в таблицу 1 (случай 2) данные экспериментальных результатов по скольжению японских саней пятого века, которые были реконструированы в 1978 году. Хотя значение μ для прокатки в случае 2 немного ниже, чем для скольжения в случае 1, оказалось трудно контролировать направление движения с помощью скользящего бревна, когда маршрут движения не прямой, потому что брёвна остаются позади салазок и поэтому должны быть перемещены вперёд и выровнены по нормали в направлении продвижения по всему маршруту транспортировки. Кроме того, применение роликов из бревен, будучи аналогичным применению колёсных транспортных средств, будет ограничено состоянием дороги, например, её ровностью и способностью выдерживать нагрузку.

Поэтому, учитывая транспортировку на санях по льду на большое расстояние в 70 км (случай 3), смазанное скольжение должно быть более практичным и надёжным для самых тяжёлых грузов, чем качение в древние времена, что может быть причиной того, что китайцы выбрали скольжение вместо качения.

Поскольку транспортировка огромных камней в Запретный город происходила в конце декабря после зимнего солнцестояния до конца января, температурные условия должны были позволить создать искусственную ледяную дорожку на земле. Например, средняя температура в Пекине в январе 15—16 вв. была около -3,7 ± 0,5° C. Хотя вдоль маршрута для транспортировки не было ни реки, ни канала (рис. 1C), каждые полкилометра вдоль дороги выкапывали колодцы, чтобы подавать воду для полива и управления санями. Эти выводы согласуются с современной литературой, согласно которой выливание воды на землю обеспечивает поверхность льда для транспортировки. Кроме того, прочность искусственного ледяного пути на земле будет достаточной для поддержки саней с 300-тонным камнем. В подтверждение этого приведён последний успешный случай перемещения всего 1200-тонного здания железнодорожного вокзала Анды (широта 45° северной широты) по пути из искусственного льда в период с 14 января по 4 февраля 2013 года в провинции Хэйлунцзян Китай.

Интереса ради оценили количество людей, необходимое для буксировки саней с 123-тонным камнем при различных условиях смазки, и результаты приведены на рис. 2.

Хотя трение на льду обычно очень низкое, как показывают такие виды спорта, как катание на коньках и керлинг, коэффициент трения на льду при разных конфигурациях варьируется от 0,01 до 0,43. На величину коэффициента μ на льду влияют многие факторы, включая температуру, скорость скольжения, материалы, площадь контакта и шероховатость.

Учёные подсчитали (исходя из срока доставки камня и расстояния от карьера до дворца), среднюю скорость перемещения камня, она оказалась 8 см/сек. А при маленькой скорости перемещения подтаивать от разогрева трением лёд не успевает, и сопротивление скольжению выше, чем при наличии тонкой плёнки талой воды. Китайцы это понимали, потому просто поливали воду на дорогу перед санями.

Китайцы получили ответы на свои три вопроса. Движение на санях было более надёжным и простым, погода была подходящей и древние китайцы её использовали намеренно, да ещё и применяли смазку в виде воды. А движение дерева по смоченному льду — самая эффективная техника. В результате для доставки понадобилось меньше народа.

С опорой на материалы

Век восемнадцатый, или гром камень на марше

Шли века и тысячелетия, а средства транспортировки колоссальных грузов по суше практически оставались теми же — сани и ролики. Затем к ним добавилось колесо, в результате появились тележки. Средства механики пополнились воротом и блоками (появились полиспасты). Что привело к значительному уменьшению требующейся рабочей силы. На подмогу рычагам изобрели винты. Появление блоков позволило при поднятии груза помещать точку опоры на нужной высоте, и древние строители принялись изобретать всяческие подъёмные конструкции — пра-пра-прадеды кранов. Но даже в 21-м веке от применения роликов так и не отказались.

Потому, граждане альтернативщики и, особенно немоглики, попрошу относиться к древнейшему средству со всем почтением. Не удивительно, что для транспортировки блоков основания и пьедестала колонны в начале 19 века применили это чудесное средство.

Чтобы не возникали иллюзии, что человечество топчется на месте, дополню обзор. В том же Китае вместо роликов умудрились использовать особых роботов, которые не только приподнимают, но и шагают. 450 таких «молодцев» переместили груз весом 7500 тонн.

Высший пилотаж по перемещениям зданий — тоже их. 30 тысяч тонн — столько весит здание автовокзала. Его повернули на 90 градусов. Проделали это с помощью умных домкратов и компьютерной «матери».

Но в начале 19-го века такое даже помыслить ещё не могли. Юношам старательно поясняли, что такое механика, и какими средствами она обладает.

А теперь представьте себе вторую половину 18-го века, когда Екатерина ещё только приступила к реализации своей программы — содеять город каменным. Гранитом «одевали» набережные Невы, началось строительство первого капитального здания, облицованного гранитом и мрамором — Мраморного дворца.

На столь масштабную задачу камня понадобилось много, а поскольку каменоломни находились не под боком, а за лесами-за морями, то и доставку столь тяжёлого материала выполняли и по суше, и по воде. И стало это дело уже знакомым и привычным.

Опыт перевозки крупногабаритных и тяжеловесных грузов нашими предками решался как по-старинке, так и весьма затейливо, например, известнейшая операция по доставке «горы на ядрах» в С.-Петербург. В 18-19-х веках о ней упоминали не только авторы детских книг, и не только свидетели, но и ведущие европейские инженеры и механики. Сообщаю об авторах книг, описавших транспортировку гром камня, дабы вы могли прочувствовать весомость и значимость этих специалистов в технических кругах.

Карл Фридрих фон Вибекинг — с 1788 года служил главным инженером-гидротехником Пфальца в герцогстве Берг. С 1802 года служил 3 года в качестве имперско-королевского советника по строительным вопросам в Вене, был также королевским генеральным директором всей баварской водной, мостовой и дорожной промышленности. К его заслугам также относится строительство 25 крупных дорог в Баварии между 1805 и 1817 годами. Вибекинг поучаствовал в деле внедрения и развития деревянных клеенных конструкций, спроектировал 40 больших деревянных мостов, построенных между 1806 и 1813 годами, с широкими пролётами, которые позволяли бы речным судам беспрепятственно проходить и были менее уязвимы для дрейфующего льда и дерева. Бамбергский мост через р. Регниц 1809 года был самым большим деревянным арочным мостом своего времени с пролётом 72 метра.

Джузеппе Антонио Боргнис родом из Италии, получил хорошее образование. С детства проявлял особый интерес к математическим дисциплинам, получив диплом инженера, занял должность морского инженера в Венеции, где приобрёл столь ценный опыт, что в 1809 году написал книгу о машинах. Обзаведясь хорошей репутацией, прошёл учёбу в парижской Политехнической школе в Париже. В этот период он углубил свои знания в области проектирования машин, как в теоретических исследованиях, так и в практическом применении. (Traite complet de mécanique appliquée… 1818 г.)

В третьей главе второго тома «Wasserbaukunst…» «О наиболее важных инструментах и машинах и их применении: которые используются для подъёма и транспортировки малых и больших грузов…» Вибекинг перечисляет применяемые средства механики:

«§95. В гидротехническом строительстве первостепенное значение имеют подъём и транспортировка грузов: без тщательного планирования можно либо значительно сэкономить, либо растратить большие суммы. Для этой цели используются: наклонная плоскость*, клин, мачтовый кран или деревянная укосина для подъёма и лом; кроме того, шкив, блок и таль, винт и колесо на оси; которые собираются по мере необходимости». **

(*) Siefe-Flasche — наклонная плоскость. Кстати, винт с гайкой, по сути, — та же наклонная плоскость, только обвитая вокруг цилиндра.

(**) Убрала в тексте отсылки автора к иллюстрациям

§96. Что касается оборудования, необходимого для транспортировки в строительстве… Для перемещения тяжёлых брёвен и блоков конструкций используются ролики (катки), на которые они устанавливаются; применяется лебёдка для телег, имеющая выступ внизу, которая устанавливается под камень (называемый опорой), поэтому такая лебёдка называется опорной лебёдкой (Wagenwinde), и с её помощью перемещается камень; кроме того, используются блоки, шпили и рычаг давления; это инструменты и машины, необходимые на всех крупных строительных проектах. Круглые стволы деревьев очень удобно катить с помощью рычага, к которому подсоединён изогнутый крюк.»

На пластине 81 в правом нижнем углу Вибекинг разместил несколько фрагментов из чертежей Карбури.

Этот, уже привычный и столь впечатляющий для того времени арсенал в 1768 году вдруг радикально дополняется шарикоподшипниками.

«§115: Для перемещения камня, на котором стоит статуя Петра Великого в Петербурге, граф Карбури использовал шары, помещённые в желоба, и шкивы, приводимые в движение шпилем (вертикальным воротом). Он описал эту необычную процедуру в работе под названием: «Relation des travaux et des moyens mechaniques pour transporter a Petershourg un rocher de trois millions livres pesant, destine a servir de base a la statue equestre etc.»

После того как в болоте в двадцати верстах от Петербурга был найден затонувший кусок скалы (фиг. 29. пластина. 84) шириной 27 футов (8.23 м), высотой 21 фут (6.4 м) и длиной 24 фута (7.32 м), было решено привезти его в Петербург, чтобы он послужил основанием для этой статуи. Поскольку он весил тридцать тысяч центнеров, его перевозка на такое расстояние должна была стать важным и грандиозным мероприятием!

Особенность заключалась в том, что начинать нужно было с самой тяжёлой операции, а именно с извлечения скалы из болота, в которое она была погружена. Сначала по всему периметру на расстоянии 14 саженей (29.9 м) от камня была снята земля; и далее из этой ямы была выкопана наклонная поверхность шириной 100 саженей. (Карбури называет её гласисом)

Для того чтобы вынуть камень из углубления, его нужно было поставить на твёрдое основание и, следовательно, перевернуть. Поэтому для него была сделана свайно-шпальная решётка (буква М на фрагменте ниже), в которой сваи, погружённые в грунт, были размещены на расстоянии двух футов (61 см). Для неё была выбрана ширина 24 и длина 44 фута (7.32 х 13.41 м). Также камень нужно было поднять с противоположной стороны, следовательно, и там он должен был иметь надёжное основание (опору). На данном конце, вплотную к нему, но там, где прочность камня была наибольшей, была возведена свайно-шпальная решётка, изогнутая по кривой линии, такого же размера, как и первая.

Теперь в скалу, выше (на фиг. 2 пл. III Карбури), были вставлены четыре прочных железных кольца толщиной 1,5 дюйма (3.8 см) и столько же шкивов, из которых каждый имел по три блока, в которых тяговый канат (лопарь) был толщиной 2 дюйма (5.08 см). Лебёдочные шкивы были соединены с четырьмя шпилями.

Прежде применения этих шкивов, к скале, на упомянутую изогнутого вида шпальную решётку поместили 12 рычагов длиной 55 футов (16.76 м), каждый из них состоял из трёх мачтовых деревьев, плотно стянутых вместе и в 6 точках скреплённых 10-ю витками каната длиной 6 футов (1.83 м). Толщина каждого из этих мачтовых деревьев достигала 18 дюймов (46 см) на толстом конце и 12 дюймов (30 см) на вершине; там, где такой рычаг был подведён под скалу, их было два на фут, а у вершин — на 8 футов. Его также обматывали канатом (рис. 30). К такому рычагу крепился шкив g, который соединялся с другим — b. Он был прикреплён к пирамидальным строительным лесам (пирамидальным рамам для подъёма), рис. 24 и 30, которые состояли из трёх стоек, сходящихся вверху. Если эти 12 рычагов, у которых было столько же пирамидальных рам, нужно было занести под скалу, то их узкие концы подтягивали (вверх) с помощью каната и шкива h, висевшего в верхней части рамы.

Короткий конец рычага, опиравшийся на балки, лежащие горизонтально друг над другом, имел длину 2 фута (60 см), а другой конец — 53 фута (16,15 м). Для раскачивания камня у каждой лебедки а, рис. 30, было задействовано по три человека, которые опускали рычаг f с помощью блока и талей. Чтобы эти «пирамиды» не могли просесть и сдвинуться, их ставили на горизонтальную решётку и на деревянные подмости шириной в несколько футов, которые приподнимались выше по мере поднятия камня.

В землю в косом направлении были вбиты сваи (анкеры), от которых шли канаты к шпалам подмостей (под пирамидами), посредством чего они удерживались на месте. В то же время на другой стороне скалы 144 человека приводили в движение четыре кабестана, так что при каждой операции приложения силы камень поднимался на 3/4 фута (23 см). Когда его почти опрокинули, (к нему) прикрепили ещё 6 шпилей, причём диаметрально противоположно первым. Если бы камень захотели непосредственно уронить на решётку, своим падением и последующим сотрясением он бы вдавил её в землю; поэтому на решётку уложили слой мха и сена толщиной шесть футов (1.83 м), а камень опустили на него. За четыре дня это ложе сжалось с точностью до четырёх дюймов (10 см), и эта масса была настолько твёрдой, что пуля из дробовика на двадцать шагов не могла пробить её.»

Карбури это всё описывает так

«Наиболее разумные возражения против моего проекта и модели касались сложности перемещения этой массы, извлечения её из ямы и установки на предложенную мной машину. Я особенно остро это осознавал, поскольку не существовало ни крана, ни чего-либо похожего на него, что могло бы справиться с этой задачей. Будучи слишком большим сторонником простоты в машинах, чтобы использовать те, которые были бы чрезвычайно сложными; твёрдо убеждённый в том, что для перемещения таких грузов, как Скала, необходимо минимизировать трение, я решил использовать только обычный рычаг, называемый знающими людьми рычагом первого рода; и я стремился компенсировать, с помощью какой-либо максимально простой машины, невозможность ручного управления рычагами такой длины и тяжести, какие я задумал. Я поступил следующим образом: я заказал треугольные пирамиды из еловых брусьев, как показано на fig. 1 и 2 (Пластина четыре). Их основание (fig. 1) было сделано из кусков дерева квадратного сечения размером семь дюймов; они были скреплены по углам железными скобами; и в них были четыре паза, предназначенные для установки вертикальных стоек пирамиды, вид сверху которой показан на fig. 2. Эти вертикальные стойки имели размер квадрата сечения всего пять дюймов.

Три из этих вертикальных стоек удерживались сверху железным кольцом; четвёртая, самая маленькая, служила только для поддержки лебёдки, показанной на этом рисунке, к которой был прикреплён канат. Три блока, размещённые по высоте пирамиды, давали каждому из имеющихся у меня рычагов возможность совершать все необходимые движения сверху вниз, как на втором рисунке, или снизу вверх, как на третьем рисунке.»

После переворота камня, его приподняли, подвели сани, конструкцию которых Карбури изобразил на пластинах I и II, и снизу подложили желобчатые «рельсы». Таким образом Скала оказалась помещённой на необычное транспортное средство.

Для приведения саней в движение использовались шпили (кабестаны), помещаемые вдоль линии движения и крепко-накрепко привязанные к вбитым в почву сваям.

Но прежде была обустроена дорога, проходящая по болотистой местности. Карбури описывает её устройство:

«Во-первых, я приказал вбить в путь очень большие сваи с интервалом в пятьдесят саженей (107 м), к которым я прикреплял канаты, удерживающие необходимые мне тали и кабестаны.

Я также вбил сваи в саму тропу там, где болото не могло промёрзнуть до дна. Вдоль остальной части пути я удалил мох, которым почти полностью покрыты болота этого региона, и слой жирного ила, который препятствует промерзанию этих болот на значительную глубину. Туда я привёз гравий из нескольких мест рядом с дорогой и чередующимися слоями смешал его с небольшими, очищенными от хвои ветками пихты, которые в избытке предоставлял лес.

Таким образом, я создал прочную дорогу, потому что влага из болота, проникая в этот гравий, замерзала на глубину около четырёх футов (1.22 м), образуя очень плотную и прочную массу. Следует отметить, что с начала зимы принимались строгие меры по уборке падающего снега: без этой предосторожности мороз не проник бы глубоко.»

Пока ничего нового в технологиях того времени: наклонная плоскость, винты, рычаги, вороты и полиспасты. Новшеством стала конструкция самих саней и «рельсов», помещаемых перед ними. Продольные балки санной конструкции на нижней поверхности были выдолблены, и в них были размещены «медные» желоба. «Рельсы» представляли из себя столь же прочные балки, в которых аналогичные желоба находились наверху. В желоба «мобильной» дороги укладывали «медные» ядра, на которых, наезжая, прокатывались сани. То есть, была воплощена идея линейного шарикоподшипника. А это — уже большой шаг в сторону прогресса.

И какой простор для развития новой идеи в будущем!

Впереди — железные дороги, поначалу с аналогичными переставляемыми рельсами, как то было при строительстве Исаакиевского собора и сооружении памятника Екатерине II. Впереди — башенные краны на поворотных кругах с шариками и прочие «прелести» для новых механизмов. Но первое столь масштабное применение шаров в желобах для перемещения колоссального груза было выполнено в России. Возможно, если бы камень был много легче весом, изобретать подобное механическое устройство ещё долго не понадобилось бы. Однако, перед нами случай, когда цель «заказывает» средство для своей реализации.

Кроме машины для движения Скалы по прямой линии, была придумана и машина для её поворота. И мы можем проследить, как её идея была подхвачена полувеком позже, когда для поворота колонн строящегося Исаакиевского собора на заводе Чарльза Берда был заказан поворотный круг.

Про погрузку гром-камня Карбури пишет:

«Взяв на себя задачу транспортировки Скалы на расстояние, которое ей предстояло преодолеть по реке Неве, Адмиралтейство построило плашкоут длиной сто восемьдесят футов (54.9 м), шириной шестьдесят шесть футов (20.12 м) и высотой семнадцать футов (5.18 м). См. пластину VII, fig. 1 и 2. Он был оборудован тройным рядом поперечных балок поперёк трюма и платформой, возвышающейся посередине. Возможно, эти размеры показались бы чрезмерными для груза в три миллиона, даже с учётом того, что оно должно было перевезти почти вдвое больше; но следует отметить, что в нескольких местах, где ему неизбежно предстояло пройти, глубина реки Невы составляла всего около восьми футов (2.44 м). Поэтому судно нужно было приспособить так, чтобы оно не погружалось в воду глубоко, иначе существовал риск сесть на мель.

Что касается заданной высоты, необходимой её сделало следующее. На краю пирса до дна было одиннадцать футов воды (3.35 м): загруженное судно опускалось примерно на восемь футов; но для его загрузки было необходимо, чтобы днище лодки было настолько прочно укреплено (подпёрто), чтобы одна сторона не могла подняться, а другая, при этом, опуститься. В противном случае, как только Камень попадёт на одну сторону судна (см. fig. 2 А), под действием воды сторона В поднимется, и судно потеряет равновесие, Камень упадёт между ним и молом. Поэтому было необходимо, чтобы судно стояло на дне, чтобы принять камень, не перевернувшись (а).

(а) Возможно, я мог бы найти способ погрузить Камень на судно, избежав упомянутого мною риска; но я опасался другого, ещё большего. Я боялся, что огромное давление груза на середину его поверхности заставит его согнуться и сломаться. Мы увидим, что мои опасения были вполне обоснованными.

Люди, ответственные за погрузку Камня, позволили барже заполниться водой, заставив её опереться на дно реки. Поскольку пирс был погружён в воду на одиннадцать футов и поднимался на три фута над её поверхностью, а высота бортов судна составляла семнадцать футов, в то время, как настил (платформа для камня) находился на высоте 14 футов, настил и пирс были точно на одинаковой высоте. Судно открыли со стороны А, через которую должен был пройти Камень, он был втянут горизонтально и продвинут к середине настила двумя кабестанами, установленными на (другом) судне, как мы видим на этой пластине. Едва он оказался там, открытую сторону судна восстановили и весь этот участок надёжно загерметизировали.

После этого, используя вёдра и насосы, начали откачивать воду из судна. Во время этой операции они* с удивлением и ужасом заметили, что не все части плашкоута поднимаются одинаково. Центр, слишком сильно нагруженный, оставался на дне реки, и поднимались только корма и нос, из-за чего днище судна приняло форму кривизны, представленной буквами CC. Напряжение, которое испытывали деревянные конструкции судна из-за его кривизны, привело к их разъединению, и вода начала поступать в больших количествах. Для ускорения откачивания воды было задействовано до четырёхсот человек; но чем больше уменьшался объём воды в судне, тем сильнее становился пугающий эффект, и оно выгнулось настолько, что возникли опасения, что оно разрушится…

(*) Погрузкой на борт и доставкой Скалы занимались люди Адмиралтейства. По словам Карбури, попытки поднять баржу и справиться с поступающей в неё водой продлились две недели, потом этой проблемой занялся Карбури.

…Чтобы восстановить плашкоут до его первоначальной формы, не возвращая Скалу на причал, я решил воплотить в жизнь свои идеи. Сначала я заметил, что судно потеряло свою первоначальную форму только потому, что нагрузка была сосредоточена исключительно в его центре, и что для решения этой проблемы достаточно было просто равномерно распределить нагрузку по всем частям баржи. Сначала я загрузил её корму и нос камнями, заставив их опуститься обратно в воду.

Сбылось то, что я предвидел. Доски вернулись на свои первоначальные места, отверстия, через которые проникала вода, были почти полностью заблокированы, и, поскольку вся вода была откачана, баржа больше не выгибалась; но середина, как и остальная часть, слегка приподнялась. Поэтому оставалось лишь равномерно распределить нагрузку по всей поверхности плашкоута. Для этого, используя винты, я поднял скалу на шесть дюймов над поддерживающей её рамой и разместил с каждой стороны контрфорсы, показанные на fig.1, которые одним концом упирались в выемки, сделанные в Скале, а другим — в деревянные бруски, прикреплённые к днищу баржи.

Длина этих контрфорсов постепенно уменьшалась, так что некоторые из них перекрывали всю поверхность лодки; и для их поддержки я разместил деревянные бруски, расположенные, как показано на fig. 1, пластина VII, и скрепленные железными крестами. После того, как всё было подготовлено, я приказал снять винты, которые поддерживали Скалу над каркасом, и, позволив ей опуститься, распределил вес её по опорам и по всей поверхности лодки.

После этой операции из судна была полностью удалена вода. С кормы и с носа я убрал все камни, которыми нагрузил его, и судно поднялось, идеально сохранив свою форму.»

У Карбури получилась очень интересная решётчатая конструкция, своего рода консольные балки со множеством подкосов, причём, из-за ограничения свободной длины стержней, конструкция обрела жёсткость.

На все эти восстановительные работы было потрачено 6 дней. Наконец плашкоут оказался на плаву, его отвели от причала и «под белы ручки» двумя камелями* препроводили в Петербург. По словам Карбури:

«Я установил по одному судну с каждой стороны, к которым баржа была надёжно привязана канатами, как показано на пластине VIII. Эти суда не только разгружали баржу, но и поддерживали её от различных движений, которые она могла испытывать от ветра или волн. Сначала её подняли по Малой Неве; оттуда она спустилась на Большую; и наконец, 22 сентября, в тот дорогой для России день, когда состоялась коронация её прославленной государыни, „Скала“ прибыла к её (царскому) дворцу. На следующий же день судно было доставлено к площади, где должен был находиться памятник Петру Великому».

(*) Камели — особые суда или плавсредства, которые поддерживают ведомый корабль с двух сторон, уменьшая глубину погружения. Такие суда использовались примерно с 1690 г. для проводки в порты с малой глубиной воды.

Задача выгрузки судна решалась путём сооружения подводной опоры для установки на неё плашкоута и дополнительного крепления судна по верху. Карбури пишет:

«Я приказал очень близко к причалу забить в воде шесть рядов свай, и срезать их на глубине восьми футов ниже водной поверхности, чтобы баржа, осадка которой составляла всего восемь футов, могла там опереться, как показано буквой А на пластине X. Чтобы предотвратить выгибание судна при освобождении Скалы от её опор (подкосов), как то произошло во время погрузки, я приказал построить на причале (набережной) ближе к носу и ближе к корме две опорных конструкции. Их можно увидеть на пластине IX, РР. Я также приказал установить три очень большие мачты, которые выступали над плашкоутом, и закрепить их с максимальной прочностью с помощью канатных стяжек с каждой стороны.

Мне нужно было также предотвратить ещё один несчастный случай: необходимо было избежать подъёма противоположной стороны баржи, когда Камень переместят вперёд на борт, касающийся причала. Чтобы предотвратить это, я прикрепил к палубе шесть больших мачт (М): они перекрывали всю ширину плашкоута, и я прочно закрепил их на судне, обозначенном как N O, которое я после этого загрузил.

Из этого ясно, что борта плашкоута, соприкасавшиеся с этим судном, не могли подняться, не подняв при этом и само судно, что обеспечивало достаточный баланс против веса Камня.

Чтобы избежать последствий длительного воздействия всего веса Камня на середину баржи, я счёл необходимым провести операцию быстро. И едва я вырезал последние контрфорсы с каждой стороны Камня, как, после подготовки всего к подъёму, он почти мгновенно переместился с плашкоута на пирс. Это движение было тем более быстрым, что судно, накренившись к берегу, наклонило поверхность, по которой Камню предстояло катиться, благодаря своему весу, он значительно ускорил своё движение. Это движение было даже быстрее, чем ожидалось. Занятые на шпилях рабочие, не встретив сопротивления после первой же попытки, почти все упали. Стоит отметить, что все части баржи в тот момент подверглись такому напряжению, что шесть мачт сломались: две возле корабля, а остальные четыре — возле опоры.

Доски, из которых состояла баржа, также согнулись и сместились до такой степени, что менее чем за десять секунд в судне оказалось более метра воды; но оно, как только полностью освободилось, выпрямилось и вернулось в своё естественное состояние.

Таков был счастливый исход предприятия, столь необычного, возможно, как из-за противоречий всех видов, которые ему препятствовали, так и из-за самой его природы.»

Через 110 лет опытом транспортировки гром-камня с помощью шаров и желобов воспользовался Генри Горринг, которому было поручено перевезти из Александрии в Нью-Йорк египетский обелиск Игла Клеопатры. С некоторыми изменениями способ перемещения «верхом на шариках» был применён даже в 20-м веке:

Перевозка колыванских камней

Этот способ транспортировок относится к области волочения — к использованию саней. В качестве примера, приведена история от старшего мастера Колыванской фабрики А. И. Воротникова, опубликованная в альманахе «Алтай» №6 1952 г.

Данная технология применяется и ныне, не только в быту, но и на стройках, да и в других отраслях. Важным в ней является то, какими средствами пользуются для снижения трения. При надвижке пролётных строений мостов, например, используется тефлон. Интересен также опыт применения кухонного средства для мытья посуды в качестве смазки.

Что только не использовали для смазки, начиная от полива пути простой водой или растительным маслом. При корректировке положения фундаментного камня постамента Александровской колонны Монферран добавлял в известковый раствор мыло. Мылом смазывали доски, подкладываемые под колонну, при выправке её положения на пути. Им же покрыли брёвна тараса, при аварийных работах по спасению колонны, едва не угодившей за борт. Этой мерой обеспечивали скольжение борта судна по стенке тараса. Так что наука трибология — очень важная вещь в решении транспортных задач.

Бочки, ролики, колонны — не одна ли малина?

Другая технология погрузки — закатка округлых предметов на палубу, конечно, не была новой. Про весьма распространённую во всех портах погрузку бочек на палубу вкатыванием их по сходням, можно было бы и не упоминать, если бы не альтернативщики, которые физику с её законами механики, видимо, прогуливали в 7 классе. Механика же гласит, что округлые предметы легче катить, чем тащить, и что при подъёме (в случае вкатывания) наклонная плоскость значительно уменьшает прилагаемые усилия, и таким способом можно поднять то, что не всегда получится сделать краном.

В этом случае трение скольжения заменяется трением качения. Но мы подойдём к рассмотрению вопроса перекатки цилиндрических предметов ещё с одной позиции.

Самый сложный и интересный манёвр при транспортировке бочек называется подъёмом с «помощью» блоков. Чтобы понять и оценить изобретательность этого метода, сначала необходимо понять физические принципы, лежащие в его основе. Неудивительно, что эти знания, в упрощённой, прагматичной форме, были известны на протяжении веков.

Итак, сначала немного технической информации и иллюстраций.

Блочная система

Одна из форм этого базового и общеизвестного инструмента — это «ручной блок», который представляет собой просто небольшой блочный механизм, достаточно компактный для удобного хранения и использования в самых разных целях. Блоки имеют точки крепления, называемые «ушками», позволяющие соединять их с тем, что необходимо переместить или натянуть. Можно рассматривать ручной блок как предшественника современного лебёдочного механизма, который использует вместо верёвок тросы, вместо блоков — храповые барабаны и имеет рычаг, чтобы действительно приложить усилие к тому, что делает лебёдка.

Как и на протяжении веков блочные системы до сих пор используются, для увеличения силы, прилагаемой человеческими руками. Традиционно, в парусном деле их специфическое применение заключается в подъёме тяжёлых грузов и/или натяжении тросов и канатов (вспомните фалы/галсы — канаты, используемые для подъема и опускания тяжелых парусов и реев). Тяжёлые блочные системы постоянно устанавливались для закрепления многовесных якорей за бортом, чтобы их можно было «поднять и закрепить», надежно зафиксировать и подготовить к повторному использованию.

Для выполнения этой работы блоки изготавливаются с параллельными щеками, соединенными прочным сквозным штифтом. Между каждой парой щёк находится диск с канавкой, вырезанной по окружности, ширина и глубина канавки соответствуют диаметру используемого каната.

Диск, известный среди сухопутных жителей как «блок», на самом деле называется «шкив», и именно так его произносит любой бывалый моряк с татуировками. Шкив свободно вращается на оси, проходящей через блок, этой осью направляемый и поддерживаемый.

Такое сочетание каната, блока и вращающегося шкива уменьшает «ощущаемый вес» груза, обеспечивая так называемое «механическое преимущество». В более сложных системах количество канатов, проходящих через блоки на шкивах, указывает на величину механического преимущества.

Перекатывание бочек

Техника перекатывания бочек существует очень давно, она была известна морякам, которые никогда не ходили в школу, не изучали физику и не умели писать, не говоря уже о том, чтобы правильно писать слова «наука», «технология», «инженерия» или «математика». Однако у них был здравый смысл и изобретательность людей, которые зарабатывают на жизнь своим трудом, особенно тех, кто работает мышцами спины, рук и кистей.

При перекатывании бочек умело используется цилиндрическая форма бочки (трубы, прямого ствола дерева или фуста колонны) вместо шкива в блоке, выполняя ту же функцию, что и шкив: создание механического преимущества, но без щёк и оси блока.

Поднимаемая бочка САМА является шкивом. Используя другое устройство Архимеда (первым был рычаг), известное как наклонная плоскость, для перекатывания бочек требуется только длинный кусок каната, сложенный вдвое на одном конце, а два других его конца надёжно закреплены на прочных опорах.

Гранитная колонна, разумеется, не бочка. Её так просто одним-двумя канатами не закатить, ибо вес её с весом бочки не сопоставим. Тут решение задачи иное. Канат обвивали вокруг колонного вала несколько раз, поэтому «два других конца» закреплять на прочных опорах не требовалось, ибо они были прикреплены к самой колонне. Свободный конец запасовывали в 2 блока (подвижный и неподвижный) с тремя или четырьмя шкивами и натягивали с помощью шпиля (кабестана).

А теперь поговорим о вещах серьёзных

Что такое полиспаст (предки называли их талями и гинями), кажется, должны знать в наше время уже первоклассники. Он даёт выигрыш в силе. Допустим, у нас висящий груз 24960 пудов или 408844,8 кг. Нам нужно определить, какое усилие будет передано посредством полиспаста с 4-х блочными шкивами. Без учёта всяких нюансов, типа силы трения тех же канатов, для простой прикидки воспользуемся калькулятором:

Берём 4 шкива в подвижном блоке и нагрузку 408844.4 кг или 4009397.86 н

Не беспокойтесь, это лишь пример для понимания, как получают восьмикратный выигрыш в силе. В реальности в процессе участвуют также силы трения, возникающие в канатах, которые, конечно же, требуют усилий для преодоления. И это не хуже нас понимали инженеры и механики 19-го века. Какую нагрузку может выдержать канат на деле, проверяли испытаниями оного.

Канаты из пеньки фабрики Сазонова (специально изготовленные для подъёма Александровской колонны) выдержали нагрузку 93 960 фунтов = 42619,54 кг. Кабестаны на изпытании справились с нагрузкой 60000 фунтов или 27215,54 кг. Конечно, самое «солидное» испытание канатов на прочность было при подъёме колонны. При её качении нагрузки были гораздо меньше, ведь основной вес монолита брали на себя балки настила, а канатная тяга требовалась для преодоления сил сцепления.

Начнём с колонны,

Известно, что:

Александровскую колонну катили с помощью кабестанов и полиспастов, о чём говорят и рисунки, и тексты. Катили по настилу из деревянных балок (отёсаных сверху и снизу), обмотав монолит канатами с прикреплёнными к ним подвижными блоками. Каждый блок крепился к своему канату, обвитому вокруг колонны, при указанном числе кабестанов, таких «обёрток» было: при погрузке на баржу — 10, при подъёме на эстакаду — 14.

Вес колонны — 600 тонн, берём с запасом — 700 т или 6864655 ньютонов. Диаметр её (больший — 12 футов или 366 см, меньший — 10 футов, 6 дюймов, или 320 см) принимаем средний — 343 см.

К сожалению, не нашла коэффициента трения качения камня по дереву. Но из таблиц следует, что чем более мягок материал поверхности, по которой катится ролик, по сравнению с материалом ролика, тем значения коэффициента выше. Помня, что дерево гораздо мягче гранита, я для запаса взяла коэффициент, который принимают для качения чугуна по пашне — 0.85. Для начала откидываю силу трения, возникающую в канатах (по случаю понедельника).

Теперь надо решить задачу — каковой должна быть сила тяги для качения колонны без ускорения.

По условиям задачи:

σ = 0.85 см (коэффициент трения качения)

G = mg = 6864655 Н (вес колонны, который 700 т)

2R = 343 см (или средний диаметр колонны)

Изображаем все силы, действующие на цилиндр. (см. схему).

Поскольку скорость движения принимаем постоянной, сложение сил, действующих вдоль осей X, Y принимаем равными нулю. Отсюда уравнения предельного равновесия принимают следующий вид:

— по оси Х (∑Fx=0): F — Fсц = 0 (1)

— по оси Y (∑Fy=0): G — N = 0 (2)

— сумма моментов относительно точки р (∑Mp=0): F х 2R — N х σ = 0 (3)

Далее решаем уравнения:

Из уравнения 2: N = G

Из уравнения 3: F = σN: 2R = 0.85 x 6864655: 343 = 17011.535 Н, или 1734.7 кгс.

Делим на количество кабестанов или канатов (10 при качении по горизонтали), получаем: 173.5 кгс (менее тонны).

Чуете, какой запас? Тут даже сила трения в канатах большой роли не сыграет.

Переходим к каткам.

В описании Экеспарре* говорится, что под гранит блока поверх роликов были уложены деревянные пластины. И (в той же его статье) кратко упомянуто, что под роликами были уложены брусья.

(*) Статья Экеспарре приведена во втором томике книги.

Стало быть, имеем: дорога из брусьев, берёзовые ролики и пластины поверх них. Всё это древесина.

Далее открываем учебник С. П. Бобровского: «Статика неизменяемой системы, учение о центре тяжести, о сопротивлениях движению и о простых машинах» на том месте, где говорится о катках, и разглядываем схему, очень напоминающую ту, что для колонны (обе схемы на предыдущей странице).

Диаметр катков можем брать 15—20 см. Я, конечно, как всякий лентяй, всячески облегчила себе задачу: о)

С количеством их я не стала заморачиваться, сняла с пластины из альбома Монферрана, где на 5 саженей уместилось 32 катка. Вес блока указал Монферран — 24 960 пудов, или 409 тонн. Сечение — квадрат со стороной 10.7 м. (5 саж.), впрочем, после обработки (уже в Петербурге) сторона квадрата уменьшилась до 6.3 м. Нам же первая характеристика нужна для определения количества катков и веса. Теперь можно определить нагрузку на 1 каток — 12.8 т (или, в других единицах — 125525.12 Н)

Словно у нас «понедельник», иду к онлайн-калькулятору

Модули упругости взяла разные (катки — берёза, брусья и пластины — сосна)

В результате получила:

Вычитала, что «Сопротивление местному смятию древесины поперек волокон характеризуется условным пределом прочности, составляющим в среднем для сосны 29—43, пихты 23—32; лиственницы 56—86, дуба 84—49 и березы 60—47 кГ/см2.»

Переводим 60—47 кГ/см2 это в 5.884—4.609 МПА и видим, что такое количество катков (по их прочности) достаточно. И это при коротышах длиной 6.3 м. Если же взять их длиной такой же как «необструганный» монолит, то есть 10.7 м имеем ещё больший запас прочности

Для нас здесь также интересным было бы получить эту самую А (ширина пятна контакта) = 0.45 см (то есть то, что под буковками е на чертеже от Бобровского, е — как раз и есть половинка от А — 0.23 см).

Следующим шагом (как и ранее для колонны) нам нужно составить уравнения сил и моментов. За нас это сделал автор учебника:

Собственный вес катка при плотности берёзы 650 кг/м³ = 0.00065 кг/см3, диаметре 20 см и длине 1070 см (получаем из этой плотности и объёма V = 3.1415 х 100 х 1070 = 336140.5 см3) — 218.5 кг.

∑р = 6992 кг

Q = 409000 кг

е = 0.23 см

R = 10 см

F = 9487.4 кг или 9.5 тонн

Сколько там кабестанов тащили монолит? Девять, и ещё один находился сверху для манёвров. То есть, на каждый из девяти чуть больше тонны тяги приходилось.

Возвращаемся к возможностям и законам механики относительно погрузки-выгрузки. Ясен пень, что чем ниже находится палуба судна, тем положе наклонная плоскость, следовательно, тем меньшие усилия требуются для погрузки.

Доставка колонн для соборов Петербурга

Начало XIX века отметилось в строительстве Петербурга большими объёмами каменных работ, среди которых особо выделялись такие элементы зданий как колонны. Были они не только составные, но и монолитные. Так в интерьере Казанского собора высятся колонны из гранита рапакиви, которые были добыты, доставлены и обработаны под надзором Самсона Суханова в каменоломнях на острове, входящем в поместье барона Николаи (далее в книге об этом будет обстоятельнее).

Колонны доставлялись в Петербург водным путём, для чего строились соответствующие суда — боты или барки. Скорее всего, колонны закатывали на палубу также, как это делали позже, во время строительства Исаакиевского собора. Для транспортировки колонн Исаакия подрядчик Жербин* на свои деньги построил три судна, позволявшие вести погрузку колонн по очереди — то на одну сторону, то на вторую, для чего кораблю требовалось подходить к пирсу сначала одним бортом, за тем — другим. Так же, по очереди, выполнялась и выгрузка колонн на набережную Невы, откуда колонны просто откатывались к месту их чистовой обработки — в специально построенную мастерскую. Погрузка и выгрузка осуществлялась с помощью шпилей (кабестанов) и талей (полиспастов) с применением людской силы.

(*) по подряду Жербин обязался построить для Комиссии 4 судна. Но пока мне встречались сведения о трёх.

В «Сыне Отечества» (1820 г, ч.65, №44) было опубликовано письмо читателя:

«На счёт перевозки колонн, было много предположений. Опытнейшие люди, дивясь огромности и чрезмерной тяжести сих колонн, недоумевали о способах, к тому потребных; уже знатная сумма денег (близь 400 т. рублей) была назначена на постройку судов, паровых и других машин нужных для погрузки; уже предложен был чертёж судна, на коем бы помещались колонны по одиночке, укладываясь накось между мачтами; но Коммерции Советник Жербин, приняв на себя доставку колонн с великою уступкою противу назначенных цен, без всяких утончений Механики, следуя здравому смыслу и верному опыту, построил на свой счёт три судна, из коих каждое поднимает по две колонны вдруг, помещающиеся на палубе по обе стороны, что составляет грузу от 20 до 24 т. пудов весу. Оные суда, вопреки теории, соединяя в себе все удобства, потребные для такового назначения, не углубляясь более 7 с половиною футов, для удобнейшего приставания к берегу и прохода в вехах, с плоским дном и таким количеством груза на верху, безопасно пускаются в море, и оправдывая опытные соображения г. Жербина, доставляют к нам в целости сии исполинские колонны, каких мы видим пример в только Помпеевой колонне, которая длиною в 63 фута 1 ¼ дюйма, следственно превосходит наши только 6 футами 3 ¼ дюймами.

Когда первые колонны были привезены, то встретились опять новые препятствия и затруднения о способах выгружать оные, и я уверен, что если бы всё это дело не состояло под управлением одного из наших знатнейших и коренных вельмож и истинного патриота: то явились бы тотчас к выгрузке иностранцы с выдумками и чертежами; за что одни попросили бы привилегий, другие денег, третьи чинов и т.п., и всё оное конечно было бы очень хорошо, только выдумки сии, будучи вероятно одна другой лучше, заняли бы много времени для разсмотрения оных. Одним словом: выгрузка была поручена тем же мужичкам, которые ломали и грузили колонны. — Они приступили к делу с обыкновенною своею механикою: привязали покрепче судно к берегу — подложили ваги, бревна, доски, завернули верёвки — перекрестились — крикнули громкое ура! — и гордые колоссы послушно покатились с судна на берег, и прокатясь мимо Петра, который, казалось, благославлял сынов своих рукою, легли смиренно к подножию Исакиевской церкви.*)

(*) По выгрузке колонн с судна на берег, к доставке оных на место, исключительно употреблён был морской Гвардейский экипаж.

Если колонны сии, уступают длиною своею единственной Помпейской колонне: то число оных, вероятно, должно взять над оною превосходство; притом же, цена каждой колонны с доставкой и выгрузкою, стоящею только 500 руб., не простирается свыше 24 тысяч рублей.

Вот, М.Г. (милостивые господа), краткое изложение того, чем так много сначала затруднялись, и что так просто сделалось; не даром знаменитый наш Баснописец сказал:

«Случается нередко нам,

И труд и мудрость видеть там,

Где стоит только догадаться,

За дело просто взяться.» —

Однако же я удивляюсь тому несказанно! Огромность колонн, простые способы, которые по секрету открыла сама Природа нашим простым людям, за то, что они не слишком от неё удаляются, — всё оное, в этом и во многих других случаях, наполняет мою душу каким-то приятным чувством, от которого мне кажется, будто я, Россиянин, вырос целым вершком выше иностранцев, так, что мне нет никакой надобности смотреть на них с подобострастием из подлобья.

Имею честь и пр.

Н. Бестужев. Кронштатъ.»

Не всегда доставка проходила без происшествий. Суда (к счастью, редко) тонули во время перехода, иногда их груз скатывался в Неву. А 29 июля 1823 г. судно с двумя колоннами уже в Неве угораздило сесть на мель. Первым делом с него требовалось снять на берег обе колонны. О некоторых деталях выполненной операции выяснилось из рапорта, поданного Монферраном в Комиссию 30 января 1825 г. В нём перечислены выполненные работы, а именно:

— Был полностью разобран весь настил порта от места, где на тот момент находились две ранее выгруженные колонны, до причала 12 саженей в ширину и 10 саженей в длину (25.6 х 21.34 м), состоящий из 2-х рядов досок толщиной 2.5 дюйма и 5-ти рядов балок.

— Первый слой камня под ним поначалу наполовину был снят, но после того, как сочли его снос ненужным, тотчас же был восстановлен в его первоначальном состоянии.

— Вышележащий настил, который был удалён, также был переделан на протяжении в три четверти пути.

— Между существующим причалом и судном, севшим на мель, было забито 3 ряда свай (по 25 свай в каждом): всего 75 свай толщиной 7 вершков (0.31 м), длиной по 4 сажени (8.53 м).

— На причале были целиком изготовлены все наголовники свай, а также moises (двойная сборочная деталь, которая соединяет и удерживает другие детали, своего рода связь), затем восемь рядов свай (пять рядов старого причала и три ряда ныне погружённых) были срезаны под углом, от каменной кромки причала до борта судна (сваи там были срезаны ниже уровня воды), чтобы установить наклонную плоскость. Далее несколько неразборчиво: то ли, этот самый пандус по всей длине предлагалось соединить со сваями посредством железных болтов (с гайками) диаметром и длиной 1 аршин 2 вершка (0.8 м), диаметром 1 дюйм, то ли сваи со связями такими болтами скреплялись…

— Затем на сваи были положены крышки (перекладины), и сверху был уложен настил из балок 9 и 10 вершков (0.4 и 0.44 м) длиной 6 саженей (12.8 м). Они опирались одним концом на каменный край причала, другим — на судно (под первой колонной). Именно по этому наклонному настилу колонны должны были подниматься (накатываться) до того места, где находились две другие.

— Чтобы перекатить колонны, нужно было либо иметь в наличии нужное количество кабестанов, или начать делать недостающие из материалов, имеющихся на строительной площадке. Но в первый же день работы на новые шпили имеющегося леса не хватило, поэтому работа была остановлена. Из новой древесины, полученной от подрядчика Жербина было изготовлено 10 кабестанов. Эти шпили были оснащены металлическими деталями, выкованными кузнецом Шаповым, а также укомплектованы дубовыми рамбовками (устаревш. русское — рукоятками).

— Для зрителей, присутствовавших при проведении операции, были установлены два временных помоста: один на двух (или более) уже выгруженных колоннах (размером 7 сажень длиной, 1.5 сажени шириной, или около 15 х 3.2 м), другой — справа от бульвара на гранитных камнях (размером 9 сажень длиной, 1 сажень шириной, или 19.2 х 2.13 м). Оба зрительских помоста были оборудованы балюстрадами и лестницами, а всё место проведения работ было окружено временным забором.

Десять новых кабестанов, выкрашенных масляной краской в тёмно-зелёный цвет, с фурнитурой чёрного цвета были собраны 11-го числа и поставлены на площади за двумя колоннами (ранее выгруженными и закреплёнными специально вбитыми кольями). Также были использованы 5 старых кабестанов 1800 года, принадлежащих Жербину — подрядчику, ответственному за выгрузку.

На всё потребовались материалы:

Доски пола (настила) были приготовлены ещё в 1822 году для покрытия колонной мастерской (цеха, где обрабатывались колонны) и для помещения с чертежом (эпюрой), где хранились базы.

Железо: выкована в общей сложности арматура для 10-ти новых кабестанов (непонятное обозначение, возможно, пудов) — 155.32; то же — 165 новых болтов с гайками — 57.36; то же 30 «кошек» — 14.13; гвозди корабельные 140 (непонятный значок, возможно, это длина) — 2.4; далее идёт перечисление других видов железяк, которые перевести пока не могу (может быть кто-то подскажет).

Известь для ремонта подлежащего сносу каменного покрытия известного порта — 1/4 кубической сажени (2.43 м3).

Канаты (или верёвки) для работы с колоколами (использовались две позиции)

Сало, использовали дорожную смазку, чтобы смазать кабестаны — 2 пуда.

В сей список израсходованных материалов не были включены 14 канатов (каждый по 60 саженей длиной, из них 10 новых и старые), использованных для выгрузки колонн, поскольку были отвезены обратно в магазин (так называли раньше склады).