Почнеться біда? Що буде якщо Бурдж-Халіфу відключити від електрики

Бурдж-Халіфа — найвища будівля на планеті (828 метрів), символ амбіцій Дубая та інженерний шедевр XXI століття. Але мало хто замислюється, як узагалі можливо звести такого гіганта там, де зверху пісок, а знизу — м'які породи, і міцної скелі немає навіть на глибині 140 метрів.

Ще менше відомо про те, що під цією будівлею постійно тече електричний струм, і без нього фундамент із часом міг би почати руйнуватися. Як він влаштований і навіщо йому потрібна електрика?

Інженерний виклик пустелі

На перший погляд, вибір майданчика виглядає безглуздо — основа хмарочоса розташована на слабких осадових породах. Під ним — пісок, м'який зцементований вапняк і піщаник, солоні ґрунтові води, але жодних слідів твердих порід, на які зазвичай спираються такі гіганти.

Інженери одразу зіткнулися із проблемою, як утримати колосальну масу конструкції на слабкому ґрунті та за високих вітрових навантажень — у регіоні часті піщані бурі й сильні вітри.

Рішенням стала комбінована система пальово-плитного фундаменту. Окремої бетонної плити було б недостатньо. Тому під будівлею пробурили 194 свердловини діаметром 1,5 м і залили їх бетоном. Ці палі заглиблюються приблизно на 50 м під землю й утворюють свого роду «коріння» хмарочоса.

Палі разом із плитою зробили менш ніж за рік, а сама будівля зводилася 6 років.

Бетонна плита під будівлею

Головний опорний елемент фундаменту — масивна бетонна плита товщиною майже 4 метри.

З бетоном тут узагалі довелося чимало попрацювати:

Плиту заливали чотирма частинами, і кожну — без зупинки.
Щоб така маса бетону не перегрілася й не потріскалася, 40% цементу в суміші замінили летючою золою — відходом вугільних електростанцій.
Саму вежу в спеку бетонували вночі й додавали в суміш лід. Удень, за +50 °C, бетон твердне занадто швидко й тріскається.
Лише на плиту пішло 12 500 кубометрів бетону, на весь фундамент із палями — понад 45 000, а на всю будівлю — близько 330 000.

Ця плита розподіляє навантаження від будівлі по палях, а ті, своєю чергою, тримають її завдяки силі тертя між бетоном і навколишньою породою.

Принцип давній, так тримаються багато паль там, де до скелі не дістатися. Головний конструктор проєкту Білл Бейкер із бюро SOM та його команда розрахували, як утримати махину заввишки понад 800 метрів. Палю можна порівняти з цвяхом, який усе важче витягнути, що глибше він сидить.

Солона вода й сталь

Але навіть ідеально розрахована система не позбавляє від іншої проблеми: агресивне середовище. Ґрунтові води тут усього за 1-3 метри від поверхні, і солей у них більше, ніж у морській воді, тож фундамент стоїть просто в них. Арматура всередині паль і плити піддається корозії, а її руйнування може послабити всю основу.

Щоб уникнути цього, проєктувальники застосували комплексний захист:

Багаторівневу гідроізоляцію;
Товстий захисний шар бетону над арматурою та жорсткі вимоги до тріщин;
Спеціальні добавки-інгібітори в бетон;
Катодний захист — саме тут криється причина залежності будівлі від електропостачання.

Навіщо фундаменту потрібна електрика

Катодний захист являє собою електрохімічну систему, що запобігає корозії арматури. Працює вона так:

Під плитою прокладені анодні сітки з титану;
Через них від зовнішнього джерела подається постійний електричний струм, який відводить корозійний процес від арматури й переносить його на анод;
Титанову сітку з особливим покриттям струм майже не руйнує, такі аноди розраховують на десятиліття.

Тут одразу виникне запитання: а як міняти ці аноди, розкопувати фундамент? Ні. У таких системах першою зазвичай виходить з ладу не сітка під бетоном, а електроніка, блок живлення, а до нього дістатися легко.

Якщо надовго відключити електрику — захист перестане працювати. Звичайно, не одразу: ефект якийсь час зберігається. Та й бетон сам береже сталь: у лужному середовищі на арматурі тримається тонка захисна плівка. Навіть для магістральних трубопроводів стандарт дозволяє вимикати станцію захисту на плановий ремонт до трьох діб на квартал, тож пара годин без світла — не проблема.

Біда почнеться, якщо систему роками ніхто не вмикає й не перевіряє: тоді солона вода поступово дістанеться до металу. Це не призведе до миттєвого обвалення, але може спричинити ослаблення фундаменту — яке особливо небезпечне у разі сильних вітрів.

Звучить екзотично, але в Україні за стандартом електрохімічний захист обов'язковий для всіх підземних магістральних трубопроводів, і одна з його схем така сама: випрямляч, анод у землі та постійний струм. А у звичайному бойлері стоїть молодший брат цієї системи — магнієвий анод, його роз'їдає замість бака, і його міняють раз на рік-два.

Аеродинаміка й форма — не просто дизайн

Багато хто думає, що пелюсткова форма Бурдж-Халіфи — виключно архітектурний хід. Насправді вона знижує аеродинамічне навантаження. Вітер завжди зривається з кутів будівлі вихорами, і якщо вони йдуть в одному ритмі, то починають розгойдувати вежу. Тут уступи піднімаються по спіралі, на кожному ярусі вітер зустрічає іншу форму, і вихори не встигають вишикуватися в ритм — інженери кажуть «заплутати вітер».

Тому у Бурдж-Халіфи немає величезного маятника-гасника, який підвішують в інших хмарочосах. Моделі в аеродинамічній трубі показали, що розгойдування й без нього вкладається в норми. Ще на проєкті вежу розвернули на 120 градусів відносно найсильніших вітрів. Але зовсім нерухомою вона не стала: верхівка за вітру ходить приблизно на півтора метра.

Бурдж-Халіфа — найвищий хмарочос у світі й водночас найскладніша інженерна система, де продумано все до дрібниць: від складу бетону до поведінки повітря навколо фасаду. Він стоїть не на скелі, а на м'якій породі в солоній воді, і лише поєднання інноваційних технологій та постійної підтримки інфраструктури робить його стійким.

Тож щоразу, коли ви бачите фото цього гіганта на тлі пісків — пам'ятайте: за зовнішнім блиском прихований технічний подвиг, який працює, навіть коли всі сплять.