Научное обоснование транспортировки гранитных монолитов при строительстве Александровской колонны
Отличный подарок сделал любителям истории коллектив авторов в составе: Сидоров В. А., д-р техн. наук, профессор, Дятлов А. Ю., магистрант, Ошовская Е. В., канд. техн. наук, доцент. Все ученые представляют Донецкий национальный технический университет. В журнале Главный механик №9 2021 г. вышла их статья «Транспортирование, кантовка и установка постамента и колонны на Дворцовой площади в Санкт-Петербурге». Статья, которая должна доказать, что все сомнения относительно возможности транспортировки и установки гранитных монолитов в процессе строительства Александровской колонны не обоснованы и официальная история запечатленная в альбомах Монферрана и Адамини верна.
Поэтому всем кто сомневается нужно ознакомиться со статьей, понять изложенную в ней аргументацию и признать факт торжества исторической науки над альтернативным невежеством. Ну а если вдруг будут какие-то возражения, тогда грамотно их сформулировать и попытаться опровергнуть приведенные доказательства.
Сам я обнаружил эту статью несколько дней назад и целиком разобрать все содержащиеся в ней расчеты еще не успел (полагаю, что и авторский коллектив готовил публикацию в течение нескольких месяцев), поэтому сегодня вниманию любителей исторической науки представлю лишь разбор первого кейса, связанного с транспортировкой цокольного гранитного монолита для пьедестала колонны.
Но обо всем по порядку.
Надо сказать, что рассматриваемая тема муссируется в интернете уже много лет. Разные независимые исследователи делали разнообразные прикидки, редкие попытки проведения полноценных расчетов были, на мой взгляд, не слишком убедительны, как со стороны сторонников официальной версии, так и их оппонентов. Я сам неоднократно проводил такие расчеты, но до настоящего момента их не публиковал, потому что приходилось делать слишком много предположений и допущений и делать однозначные выводы на их основе не представлялось возможным. Но теперь благодаря авторскому коллективу ученых Донецкого национального технического университета это сделать проще, есть от чего оттолкнуться.
В начале для тех, кто не совсем в теме нужно дать несколько пояснений. Практически все документы (протоколы заседания комиссий, записки, возражения и т.д.) строительства колонны практически полностью «засекречены». Все что известно, это растиражированные картинки из французского альбома Монферрана 1836 г. (текст не переведен на русский), и еще есть несколько гравюр (14 из 40) из альбома Антонио Адамини на итальянском. Существуют также «засекреченные» расчеты и таблицы Адамини «Diario de lavori fati ala construzione del monumento eretto in onore di Alessandro I-mo disegnati ed cseguiti del cavaliere A.D. Adamini. 1835» недоступные независимому исследователю.
В связи с этими обстоятельствами авторы статьи вынуждены пользоваться тем, что есть без использования архивных данных. В сносках научной статьи присутствуют ссылки и на блогеров, в т.ч. один раз и на публикацию вашего покорного слуги.
Целиком статью и все содержащиеся в ней расчеты я пока разбирать не буду. Это потребовало бы слишком много времени и на выходе был бы слишком объемный тяжелый для восприятия материал, дочитают который далеко не все. Поэтому я начну анализ, а почин, я надеюсь, поддержат другие независимые исследователи, которым также интересна данная тема.
При анализе необходимо исходить из имеющихся документов, детальных расчетов и как можно меньше фантазировать. Строить предположения и выдвигать гипотезы, конечно, тоже можно, но их необходимо именно так и препарировать как недоказанные и предположительные. Любые рассуждения в стиле «бесконечным количеством шкивов и блоков можно переместить любой вес, дергая мизинцем за нитку» однозначно нужно относить к категории «болтать - не монолиты ворочать».
Сразу хочу подчеркнуть, что нет ни малейших сомнений в квалификации авторов. Все расчеты верны с точки зрения механики, и проверка касается только адекватности, полноты и достаточности используемого научного инструментария применительно к рассматриваемому историческому событию.
Также хочу акцентировать внимание, что в нашей публикации речь не идет о полном опровержении официальной версии строительства Александровской колонны. Мы рассматриваем исключительно конкретные процессы перемещения монолита с заданными параметрами. И если мы приходим к отрицательным результатам, то это может означать что процесс несколько отличался от дошедшего до нас описания.
Итак, статья начинается с заверений по поводу того, что не должно быть никаких сомнений в строительстве такого объекта как Александровская колонна методами известными из официальной истории: «...убедить читателя в бесконечных возможностях человека с зубилом и молотком, особенно если к ним добавить упорство, смекалку и изобретательность русского человека». В качестве аргумента авторы говорят о паркете: «Вся работа над паркетами производилась исключительно ручным способом при помощи инструментов: шерхебелей, цынубелей, зынзубелей, рубанков, фуганков, долот: круглых, средних, малых, дольных, резаков, рашпилей, пил, ножовок и троегранок, пил с половины круглых и топоров олонецких».
А вот далее следует обоснование перемещения цокольного монолита пьедестала колонны в центр Дворцовой площади.
Приходится давать некоторые пояснения, потому что авторы объясняют далеко не все. Речь идет о гранитном монолите, в основании которого лежит квадрат со стороной 6,3 м, высота составляет 3,9 м, масса - 400 тонн, во время транспортировки была несколько больше - около 409 тонн (по Монферрану - 24960 пудов). Монолит доставлен на пристань на Дворцовой площади 7 ноября 1831 г., выгружен и далее перемещен к месту строительства колонны, примерно 320 метров от пристани.
У Монферрана это выглядит так.
Авторы пишут:
Камень для пьедестала массой 400 т был выгружен на берег при помощи 10 кабестанов, перемещение происходило по деревянному настилу. Принимая наибольшее значение коэффициента трения пары - гранит-дерево, равным μс = 0,5, получаем необходимое усилие для перемещения:
Fс = m × g × μс = 400 × 9,81 × 0,5 ≈ 2000 кН.
Далее авторы переводят килоньютоны в тонны, делают вывод о том, что на каждый кабестан приходится нагрузки примерно по 20 т., и внезапно откуда-то появляется грузоподъемность кабестана (каких-либо расчетов и ссылок на источник не приводится) с заданным значением:
Усилие, создаваемое кабестаном 12 работниками (орфография сохранена), - 5,9 т.
И поскольку такой грузоподъемности явно не хватает, приходится прийти на помощь рабочим и выдать им полиспасты (также отсутствуют ссылки на исторические документы):
Следовательно, использовались полиспасты с кратностью 4, что создает необходимый силовой запас».
Все, кейс разобран, дальше идет другой процесс. Пока на этом прервем повествование и будем разбираться.
Покажем, что расчет с некоторыми уточнениями, приводит к обратному выводу и свидетельствует о невозможности проведения операции с описанными параметрами монолита и используемой технологией.
Для начала затрону один важный вопрос, который относится как к расчету, приведенному выше, так и ко многим другим расчетам, связанным с перемещением монолитов.
Коэффициент трения скольжения гранита по дереву (0,5) в целом соответствует справочной информации. Однако не учтены трение покоя, тот факт, что гранит не обработан, и пиковые нагрузки.
Согласно закону Амонтона-Кулона одним из факторов, влияющих на коэффициент трения является конструкция фрикционного сочленения, т.е. размер поверхности, геометрическое очертание и отношение площадей трения контактирующих поверхностей.
Как правило, в справочниках содержатся коэффициенты полированных (шлифованных) поверхностей, которые в действительности являются самыми грубыми эмпирическими оценками и не являются каким-либо естественным законом. Данные в справочниках и учебниках описывают контакты между хорошо обработанными поверхностями, в которых на силы трения в первую очередь влияют молекулярные взаимодействия. Как только поверхности становятся физически неправильными, начинается чехарда из-за множества способов, которыми выступы и углубления могут взаимодействовать, создавая сопротивление. При этом мы можем сталкиваться как с «проскальзыванием», так и с «повышенным сопротивлением». В научных работах приведены примеры, когда пиковое значение коэффициента трения гранита в экспериментах превышает единицу.
Вот хороший пример, иллюстрирующий как меняется коэффициент трения гранита при различных способах обработки:
Обратите внимание, что везде говорится о средних значениях. И это речь идет об обработанном граните, а в нашем примере он не обработан, о чем говорится непосредственно самим Монферраном в его альбоме.
С учетом всего сказанного полагаю, что максимальное значение коэффициента трения в рассматриваемом историческом примере в отдельные моменты могло доходить до 0,6 (скорее всего, намного больше, но подыграем официальной истории).
Еще один вопрос связан с КПД полиспаста. В описаниях и картинках рассматриваемого процесса полиспаст не присутствует, хотя известно, что у строителей были полиспасты разной кратности.
В принципе они могли ими воспользоваться, хотя я все-таки полагаю, что они этого не сделали, потому что необходимость в этом отсутствовала. Тем не менее раз уж авторы статьи сделали им такой подарок, то мы проверим и этот вариант. Нужно отметить, что не существует полиспаста «с кратностью 4» в чистом виде, даже современные полиспасты теряют КПД из-за трения. Далее в своей статье авторы уже применительно к другому кейсу как раз об этом и говорят: «учтем КПД полиспаста (≈ 0,9)». Поэтому кратность получается не 4, а 3,6.
Если провести пересчет, то требуемое усилие у нас уже составит:
408,5 × 9,81 × 0,6 = 2404 кН,
а развиваемое рабочими на кабестанах и с использованием полиспастов:
58 × 3,6 × 10 = 2088 кН.
(5,9 тонн при переводе в килоньютоны составят около 58 кН)
Как видим, даже со всеми натяжками, фантазиями и подарками не хватает весьма прилично.
И если сюда добавить неравномерность нагрузки, а еще и тот факт, что на вымбовках (так называются рычаги кабестанов) работает по два человека, что означает не 12 человек как говорится в статье, а всего 8 на каждом кабестане, то официальная версия выглядит совсем слабо.
Но и это еще не все. Предоставим слово самому Монферрану:
A trois heures, cette pierre énorme était hors du bâtiment sur le quai, à 10 pieds en avant du parapet. Je ne m'étendrai pas ici sur cette opération, afin de ne pas me répéter lorsqu'il sera question de l'embarquement et du débarquement de la colonne, que je décrirai en détail; je dirai seulement que, dans cette circonstance, je n'employai que dix cabestans, dont neuf manoeuvraient près du palais, tandis que le dixième agissait sur le monolithe même et le poussait à terre au moyen d'une poulie de' renvoi qui était fixée en avant du quai. Après le débarquement, l'on dirigea le monolithe vers l'enceinte des travaux, ce qui dura huit jours.
Перевод
В три часа этот огромный камень был снаружи здания на набережной, в 10 футах от парапета. Я не буду здесь останавливаться на этой операции, чтобы не повторяться, когда дело дойдет до посадки и высадки колонны, которую я подробно опишу; скажу только, что в этом случае я использовал только десять шпилей (кабестанов), девять из которых маневрировали возле дворца, а десятый воздействовал на сам монолит и толкал его на землю с помощью возвратного шкива, закрепленного перед пристанью. После приземления монолит доставили на место работ, которые длились восемь дней.
А теперь смотрим картинку
На картинке монолит уже на берегу на нем расположены работающие и отдыхающие и вместе с кабестаном они добавляют еще одну тонну к массе монолита (гулять - так гулять, таскать - так таскать). И поскольку вся процессия уже недалеко от Зимнего дворца, а шкив закреплен перед пристанью, то монолит они оттягивают назад. Для Монферрана это совершенно нормально, также он использовал два кабестана для оттягивания толстого конца колонны назад при ее погрузке на пристани в Пютерлаксе. Самое интересное было бы узнать, как они долбили будущий пьедестал, закрепляя на нем кабестан, все кабестаны надо закреплять намертво, иначе они сами сдвинутся в сторону массивного или жестко закрепленного объекта, с которым связаны тросами.
Также отметим, что никаких полиспастов в местах крепления мы не видим.
Неудивительно, что авторы сделали вид, что не заметили такой «выходки», теперь остается всего лишь девять кабестанов для перемещения монолита на 300 метров (от пристани до центра Дворцовой площади по прямой) и все расчеты с таким количеством кабестанов становятся несостоятельными.
Зачем Монферран вообще такое выкинул? Думаю, что как умный человек, не лишенный чувства юмора, он решил провести параллель между собой и другим известным иностранцем-авантюристом бароном Мюнхгаузеном, который тоже рассказывал истории о своих похождениях в России и вытаскивал себя за волосы. В данном случае мы имеем дело с типичным масонским приемом с намеком и юмором.
В заключении хочу продемонстрировать как выглядит кабестан, предназначенный для перемещения реально тяжелых грузов в несколько тонн.
Это Jeer Capstan с флагманского корабля адмирала Нельсона HMS Victory XVIII века. На нем одновременно могли работать 140 человек на 14 вымбовках. Чтоб уж было совсем смешно привожу описание Монферрана своего подъемного устройства:
Приемы, которые применил я для поднятия этой глыбы, имеют некоторую аналогию с теми, которыми пользовались древние при переноске монолитов. Изображение этих операций мы встречаем на многих египетских памятниках и, между прочим, на нижней части обелиска, установленного в Константинополе на ипподроме императором Феодосием.
Описание этого барельефа мы находим у Слона. На нем представлено машинное оборудование, употреблявшееся для поднятия и установки этого обелиска, операция продолжалась 32 дня...
Тот же принцип применения кабестанов и рычагов для подъема больших тяжестей, известный еще в древности и которому подражают современники, был использован и архитектором Фонтана при подъеме Ватиканского обелиска. Я прибег к тому же приему, что и этот великий мастер, только имея дело со значительно большей тяжестью…
Вот так процесс использования кабестана выглядел у Феодосия.
Источник
Но тут Монферран немного переборщил с юмором. Дело в том, что описание кабестана Бетанкура с двумя чугунными цилиндрами и зубчатым колесом сохранилось во французских источниках, известно его устройство, хотя Монферран приложил немало усилий, чтобы перевести изобретение на себя.