Человечество бессильно перед наводнениями, мои предложения Опции

[Семен Сладков]

Человечество полетело на луну, создало атомную бомбу, изобрело суперкомпьютер!
А против наводнений оно бессильно...
В 2002 году Дрезден был затоплен по середину высоты окон первого этажа. Локомотивы на вокхале стояли наполвину под водой. В Галерее старых мастеров еле-еле успели вынести наверх рафаэлей и рембрандтов.
А люди сидели и ждали, когда господь бог прекратит это безобразие и вода начнет сама спадать!

А)За последние несколько недель сильные наводнения произошли в Вене, Варшаве и Штутгарте.

Поэтому я открыл эту тему. Какую корысть я с этого хотел иметь? Я хотел втянуть в обсуждение умных людей. Именно в обсуждение МОИХ идей. И потом, когда другим объясняешь, сам лучше понимаешь!
Речь идет о том, что уже много лет я пытаюсь разобраться с этой неподъемной темой – защита от наводнений. С одной стороны – грозная опасность, уносящая жизни людей в самых благополучных странах и наносящая огромный имущественный ущерб! О неблагополучных странах и говорить не приходится. Причем есть сотни, чтобы не сказать – тысячи патентов, и ни один из них не идет в практику, НИ ОДИН!
И начал я сочинять собственные патенты… Не буду описывать их суть и историю – они столь же нежизненны, как и все имеющиеся.
И вдруг мне показалось, что я набрел на некую идею, которая может оказаться жизненной.
Б) Сначала о жизненной практике. Сегодня ЕДИНСТВЕННЫМ средством защиты от наводнений служат мешки с песком. И в Германии, и в Англии, и в Австралии, и в США. По-немецки они - Sandsäcke, по-английски - Sandbags. Взгляните на зрелище – дамба из мешков с песком (внесите одно из этих слов в Гуглю и нажмите «картинки»), какое убожество: высота всегда ниже колен, мешки протекают, а то и расплываются при сильных потоках воды!
То есть существующие дамбы из мешков с песком обладают двумя недостатками: 1) недостаточной прочностью и 2) недостаточной водонепроницаемостью.
Мы начнем с первого. Почему прочность дамбы из таких мешков непрочная? Потому, что мешки очень скользкие. Фактически мешки делают либо из джута, либо из полипропилена. Коэффициент трения скольжения для этих материалов точно мне неизвестен, но очень невысок, судя по фотографиям дамб. А когда мешки мокрые, то еще меньше.
В) И первое, что пришло мне в голову – оклеить мешки с песком «липучкой» (как она официально называется по-русски, я не знаю, по-немецки она во множественном числе - Klettbänder, по-английски в единственном числе- Velcro.) Решил, что целиком заклеивать мешок липучкой не стоит, придумал узор – двойной крест, то есть две полосы вдоль и две полосы поперек. Или, что то же самое, под наклоном. Если наложить два таких узора один на другой, то при любом взаимном смещении мешков узоры пересекутся не менее, чем в четырех точках. И эти четыре точки, точнее четыре площадки каждая площадью b², где b – ширина ленты, обеспечат прочность дамбы от срезающих сил. Например, при ширине ленты 10 см имеем общую площадь, по которой воспринимаются срезающие усилия 100 см² х 4 = 400 см². По данным немецких производителей, среднего качества липучка держит 11 Ньютон на каждый квадратный сантиметр, то есть силы сопротивления срезу равны 11 х 400 = 4400 ньютон или 440 килограмм на 1 погонный метр. Допустим, что мешок имеет длину в 1 метр, а дамба высоту 1 метр. Давление воды на дамбу следует по треугольной эпюре и равно на дне 1тонна на каждый квадратный метр, что равно 1 ньютону на квадратный сантиметр. Площадь треугольника давления есть 1 ньютон/кв.см х 100см х 0,5 = 50 ньютон на 1 погонный см. Если возьмем для конкретности 1 метр дамбы, получим срезывающую силу у дна 50 х 100 =5000ньютон =500 кг. Так как мы выберем мешок длиной 60 см, то удерживающие силы останутся теми же, а срезающее усилие будет 500кг х 0,6 = 300 кг.
Т.е. 440кг >300 кг; прочность дамбы обеспечена.
Г) Все было бы прекрасно, если бы не одно неприятное обстоятельство. Мешки нужно набивать песком очень плотно, чтобы они были твердыми как камни. Иначе дамба будет деформативна. А если мешки плотно набить песком, они примут форму бочки. И если бочку положить на две другие, (или если на листе бумаги два круга нарисовать снизу, а на них один круг сверху), то касание кругов произойдет в точке. А бочек – по линии. И наша липучка просто не начнет работать!
Д) Чтобы выкрутиться, нужно заставить мешки быть плоскими. Вообще-то известны плоские надувные матрацы и надувные подушки. Нужно внутри устроить перемычки. НО: во-первых, и после этого мешки не станут совершенно плоскими, а во вторых, эти перемычки будут мешать при засыпке песка в мешок. Придется его сильно встряхивать! Какое-то улучшение ситуации произойдет, но до намеченных цифр будет еще далеко.
А как эти перемычки сделать? Можно, конечно, вывернуть мешок наизнанку, а затем, постепенно возвращая его в исходное состояние, вклеивать изнутри перемычки. И для мешков из полипропилена может быть так и придется сделать (зависит от того, допускают ли они прокалывание). А с джутовыми мешками можно поступить проще: сделать рамочки, например, из медной проволоки с боковыми сторонами по 5 см и с верхней перекладиной сантиметров 10-15, нижнюю перекладину сделать чуть длиннее, чтобы потом выполнить там скрутку. Потом проткнуть обе стенки мешка, загнуть нижнюю перекладину и скрутить концы. Ту же рамку можно выполнить из прочных ниток, прошив мешок и оставив расстояние между стенками мешка в 5 см. Это даже лучше, если придется хранить и поставлять пустые мешки: проволочная рамочка либо погнется, либо мешает складывать мешки друг на друга.
Кстати, о хранении. Чтобы липучки раньше времени не слиплись одна с другой на складе или при перевозке, нужно проложить между мешками листы газетной бумаги.
Е) Тут, правда есть одно внушающее оптимизм обстоятельство. Поперечная сила от давления воды возрастает сверху вниз по квадратичному закону. То есть наиболее важна работа мешков и липучек нижних слоев. А там давление мешков от собственного веса приводит к их уплощению: если бугорок одного слоя попадает на бугорок другого слоя, то они оба расплющиваясь разравниваются. А если бугорок одного слоя попадает на впадину смежного слоя, то тем более их площадь прилегания увеличивается. Кроме того, некоторые деформации дамбы неизбежны и допустимы, это тоже приводит к выравниванию поверхности контакта между мешками. Но это все – общие рассуждения, и расчету они не поддаются. Необходим эксперимент, но стоимость его проведения составит от 3000 до 5000 евро…
Ж) Отдельно стоит задача исключить скольжение нижнего ряда мешков по поверхности грунта, по траве, по асфальту и т.п. Здесь использование липучки бессмысленно и она должна быть заменена на нижней стороне нижнего ряда мешков на полосы из резино- или каучукоподобных материалов, обладающих противоскользящим свойством.
З) А сколько вообще нужно мешков такого типа? Во время наводнения на Эльбе летом 2002 года были использованы 1,2 миллиона мешков! И это при нулевом эффекте…
Это с учетом повторного использования и при высоте дамбы в 25-30 см. Причем такое количество было в наличии, мешки были накоплены в течение нескольких лет. А при высоте в три-четыре раза большей? Их потребуется во столько же раз больше. И эффективность гарантирована. Можно создавать фирму – монополист.
И) Делаю следующий шаг. Плоские мешки можно заменить плоскими металлическими щитами. Причем и вес останется тем же. Мешок размерами 60 х 40 х 5 см весит с песком (γ = 1,8 тонны/ кубометр) 22 кг. И щит металлический из швеллера 50мм (разумеется, без песка) весит столько же. Такой щит водонепроницаем, в крайнем случае, его можно заполнить пенопластом. И уж тут-то соприкосновение липучек будет максимальным!
К) Но кричать ура рано: стоимость одного щита в 100 раз выше, чем мешка с песком. На один погонный метр дамбы идет 2 тонны металлоконструкций. При цене порядка 1000 долларов за тонну, получается, что уже коротенькая дамба сравнима с ценой автомобиля! Кто же ее купит?
Но это с плохой стороны. А вот с «хорошей»: в 2002 году наводнение на Эльбе причинило ущерб в 15 миллиардов евро. Если разделить на стоимость одного погонного метра дамбы, получится, что на эти деньги можно было бы построить 15 000 000000 : 2 000 х 1, 4 (евро/доллар)= 10500 000метров или 10500 км дамбы, то есть огородить Эльбу с двух сторон!!!
Л) Бороться с протеканием мешков (кстати, и щитов тоже) предлагается путем закрытия дамбы водонепроницаемой пленкой. До начала монтажа разложим полотнище на земле и начинаем укладку прямо на нем, а когда монтаж дамбы закончен, набросим свободный конец полотнища на дамбу. И все.
М) Итак, ваше мнение, уважаемые друзья?