30/03/2025
0(Credit: Emmanuel Lafont/ BBC)
Большинство современных сооружений рассчитаны на 50 лет или около того, но гениальная древняя инженерия держит этот водный город на плаву уже более 1 600 лет, используя только дерево.
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 верхушками вниз. Эти деревья – лиственница, дуб, ольха, сосна, ель и вяз длиной от 3,5 м (11,5 футов) до менее чем 1 м (3 фута) – веками удерживали каменные палаццо и высокие колокольни, являя собой настоящее чудо инженерной мысли, использующее силы физики и природы.
В большинстве современных сооружений железобетон и сталь выполняют работу, которую этот перевернутый лес делал на протяжении веков. Но, несмотря на их прочность, немногие фундаменты сегодня могут прослужить так же долго, как фундамент Венеции. «Бетонные или стальные сваи сегодня проектируются [с гарантией прослужить] 50 лет», – говорит Александр Пузрин, профессор геомеханики и геосистемной инженерии в университете ETH в Цюрихе, Швейцария. «Конечно, они могут прослужить и дольше, но когда мы строим дома и промышленные сооружения, стандартом является 50-летний срок службы».
Строительство на века
Лишь однажды, в самом начале своей карьеры, Пузрина попросили дать гарантию на 500 лет для строительства храма Бахаи в Израиле.
«Я был в некотором шоке, потому что это было необычно», – вспоминает он. «Я был очень напуган, и они хотели, чтобы я подписал контракт. Я позвонил своему начальнику в Тель-Авив, очень опытному, старому инженеру, и сказал: «Что нам делать? Они хотят 500 лет». Он ответил: «500 лет? [пауза]. Распишитесь». Никто из нас там не будет».
Техника венецианских свай завораживает своей геометрией, многовековой устойчивостью и масштабами. Никто точно не знает, сколько миллионов свай находится под городом, но только в фундаменте моста Риальто 14 000 плотно упакованных деревянных столбов, а под базиликой Сан-Марко, построенной в 832 году нашей эры, 10 000 дубовых деревьев.
«Я родилась и выросла в Венеции», – говорит Катерина Франческа Иццо, профессор химии окружающей среды и культурного наследия в Венецианском университете. «Когда я росла, то, как и все остальные, знала, что под венецианскими зданиями растут деревья Кадоре (горный район рядом с Венецией). Но я не знал, как эти сваи ставились, как их считали и сбивали, а также о том, что у battipali (буквально «забивальщиков свай») была очень важная профессия. У них даже были свои песни. Это увлекательно с технической и технологической точки зрения».
Баттипали забивали сваи вручную, а для поддержания ритма пели древнюю песню – призрачную и повторяющуюся мелодию, в которой восхваляется Венеция, ее республиканская слава, католическая вера и провозглашается смерть тогдашнему врагу – туркам. Если говорить более легкомысленно, то венецианское выражение na testa da bater pai (буквально «голова, которой хорошо сбивать сваи») до сих пор используется как красочный способ сказать, что человек тупой или тугодум.
Люди, забивавшие сваи в ил, были известны как баттипали, или забивальщики свай, и использовали песню, помогавшую им держать ритм во время работы (Credit: Emmanuel Lafont/ BBC)
Сваи вбивали как можно глубже, до тех пор, пока их не переставали вбивать, начиная с внешнего края сооружения и продвигаясь к центру фундамента, обычно вбивая девять свай на квадратный метр по спирали. Затем головы свай спиливали, чтобы получить ровную поверхность, которая должна была лежать ниже уровня моря.
Сверху укладывались поперечные деревянные конструкции – дзаттерони (доски) или мадиери (балки). В случае с колокольнями толщина этих балок или досок достигала 50 см (20 дюймов). В других зданиях их толщина составляла 20 см (8 дюймов) или даже меньше. Дуб был самой прочной древесиной, но и самой ценной. (Позже дуб стали использовать только для строительства кораблей – он был слишком ценен, чтобы вязнуть в грязи). На этот деревянный фундамент рабочие укладывали камень здания.
Вскоре Венецианская республика начала охранять свои леса, чтобы обеспечить достаточное количество древесины для строительства, а также для кораблей. «Венеция изобрела сильвикультуру», – объясняет Никола Маккиони, директор по исследованиям Института биоэкономики Национального совета по исследованиям Италии, имея в виду практику выращивания деревьев. «Первый официальный документ по сильвикультуре 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 мнению Маккиони, эти правила охраны природы должны были использоваться за много лет до того, как они были записаны. «Это объясняет, почему долина Фьемме и сегодня покрыта пышным пихтовым лесом». Однако такие страны, как Англия, уже в середине XVI века столкнулись с нехваткой древесины, добавляет он.
Деревянные сваи под Венецией медленно разрушаются, поскольку анаэробные бактерии атакуют стенки клеток древесных волокон (Credit: Emmanuel Lafont/ BBC)
Венеция – не единственный город, использующий деревянные сваи в качестве фундамента, 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 самого фундамента и работают как длинные колонны или как ножки стола.
«Это хорошо, если горная порода находится близко к поверхности, – говорит Томас Лесли, профессор архитектуры из Университета Иллинойса. Но во многих регионах горная порода находится далеко за пределами досягаемости свай». На берегу озера Мичиган в США, где работает Лесли, горная порода может находиться на глубине 100 футов (30 м). «Найти деревья такого размера очень сложно, верно? В 1880-х годах в Чикаго рассказывали о попытках водрузить один ствол дерева на другой, что, как вы понимаете, в итоге не сработало. В конце концов, они поняли, что можно положиться на трение почвы».
Принцип основан на идее укрепления почвы путем вбивания как можно большего количества свай, что приводит к значительному трению между сваями и почвой. «Что в этом умного, – говорит Лесли, – так это то, что вы как бы используете физику… Вся прелесть в том, что вы используете текучую природу грунта для обеспечения сопротивления, чтобы удержать здания». Технический термин для этого – гидростатическое давление, что, по сути, означает, что грунт «захватывает» сваи, если их плотно установить в одном месте, говорит Лесли.
Действительно, венецианские сваи работают именно так – они слишком коротки, чтобы достичь подстилающей породы, и вместо этого удерживают здания благодаря трению. Но история этого способа строительства уходит корнями еще дальше.
Об этой технике упоминал римский инженер и архитектор I века Витрувий; римляне использовали погруженные сваи для строительства мостов, которые опять же находились близко к воде. Водяные ворота в Китае тоже строились с использованием фрикционных свай. Ацтеки использовали их в Мехико, пока не пришли испанцы, разрушили древний город и построили на его вершине свой католический собор, отмечает Пузрин. «Ацтеки знали, как строить в своих условиях, гораздо лучше, чем испанцы, у которых сейчас огромные проблемы с этим столичным собором [где пол проседает неравномерно]».
Пузрин ведет в ETH аспирантский класс, в котором изучаются знаменитые геотехнические провалы. «И это один из таких провалов. Этот собор в Мехико и Мехико в целом – музей под открытым небом всего, что может пойти не так с фундаментом».
Древесина, почва и вода в совокупности обеспечивают фундаментам Венеции удивительную прочность (Credit: Emmanuel Lafont/ BBC)
После более чем полуторатысячелетнего пребывания в воде фундаменты Венеции оказались удивительно прочными. Однако они не застрахованы от повреждений.
Десять лет назад группа специалистов из университетов Падовы и Венеции (факультеты – от лесного хозяйства до инженерных наук и культурного наследия) исследовала состояние городских фундаментов, начиная с колокольни церкви Фрари, построенной в 1440 году на ольховых сваях.
С момента постройки колокольня Фрари опускалась на 1 мм (0,04 дюйма) в год, что в общей сложности составило 60 см (около 24 дюймов). По сравнению с церквями и зданиями, колокольни имеют больший вес, распределенный на меньшей поверхности, и поэтому опускаются глубже и быстрее, «как шпилька», – говорит Маккиони, который был частью команды, исследующей фундамент города.
Катерина Франческа Иццо работала в полевых условиях, бурила керны, собирала и анализировала образцы древесины из-под церквей, колоколен и со стороны каналов, которые в то время опустошались и очищались. По ее словам, во время работы на дне сухого канала им приходилось быть осторожными, чтобы не попасть в сточные воды, спорадически вырывающиеся из боковых труб.
Команда обнаружила, что во всех исследуемых сооружениях дерево было повреждено (плохая новость), но система из воды, грязи и дерева держала все вместе (хорошая новость).
Они опровергли распространенное мнение о том, что древесина под городом не гниет, потому что находится в бескислородном, или анаэробном, состоянии – бактерии поражают древесину даже в отсутствие кислорода. Но действие бактерий гораздо медленнее, чем действие грибков и насекомых, которые действуют в присутствии кислорода. Кроме того, вода заполняет клетки, освобождаемые бактериями, что позволяет деревянным сваям сохранять свою форму. Таким образом, даже если деревянные сваи повреждаются, вся система из дерева, воды и грязи удерживается вместе под сильным давлением и сохраняет свою жизнеспособность на протяжении столетий.
«Есть ли повод для беспокойства? И да, и нет, но нам все равно стоит подумать о продолжении подобных исследований», – говорит Иззо. С тех пор как 10 лет назад были взяты образцы, они не собирали новые, в основном из-за логистики.
Неизвестно, сколько еще сотен лет просуществует фундамент, говорит Маккиони. Однако [он прослужит] до тех пор, пока окружающая среда будет оставаться неизменной». Фундаментная система работает, потому что она состоит из дерева, почвы и воды». Почва создает бескислородную среду, вода способствует этому и поддерживает форму ячеек, а дерево обеспечивает трение. Без одного из этих трех элементов система разрушается.
В XIX и XX веках при строительстве фундаментов древесина была полностью заменена цементом. Однако в последние годы все больший интерес вызывает новая тенденция строительства из дерева, в том числе появление деревянных небоскребов. «Сейчас это самый модный материал, и на то есть веские причины, – комментирует Лесли. Дерево – поглотитель углерода, оно биоразлагаемо и благодаря своей пластичности считается одним из самых сейсмостойких материалов».
«Конечно, сегодня мы не можем строить целые города из дерева, потому что нас слишком много на планете, – добавляет Маккиони, – но бесспорно, что без искусственных материалов и без моторов древним строителям просто приходилось быть более изобретательными». Венеция – не единственный город с деревянными фундаментами, но это «единственный город [где массово использовалась техника трения], который сохранился до наших дней и так безумно красив», добавляет Пузрин. «Там были люди, которые не изучали механику грунтов и геотехнику, и тем не менее они создали то, о чем мы можем только мечтать, и что простояло так долго. Это были удивительные, интуитивные инженеры, которые сделали все именно так, как нужно, использовав все эти особые условия»
* Иллюстрации в этом рассказе приведены исключительно в художественных целях и не являются достоверным изображением свайных фундаментов из древесины под Венецией, которые плотно упакованы и не имеют ветвей.
—
