При заполнении цилиндра грунтом с плотностью ro давление в цилиндре у его дна будет равно ro*g* (H1+H2) -r0*H2, где r0 – плотность воды, а g – ускорение свободного падения g=9.81м/с>2. Если пренебречь понижением напряжения, обусловленным давлением воды, получим более простую формулу t=ro*g* (H1+H2) *D/ (2*d). Вычислим предельное напряжение в трубе диаметром 10м и полной высотой 40м (10м над водой и 30м под водой), с толщиной стенки d=0.1м, заполненной грунтом с плотностью ro=3000кг/м>3.
t=ro*g* (H1+H2) *D/ (2*d) = 3000*9.81* (10+30) *10/ (2*0.1) = 58.9МПа. Округлим до 60МПа и сравним с пределами прочности обычных конструкционных материалов:
– сталь Ст.3 – 400МПа (7-кратный запас прочности)
– ПЭТФ – 180МПа (3-кратный запас прочности)
– фибробетон – от 20 до 120МПа (30% – 200% запас прочности)
Таким образом, в качестве материала для оболочек цилиндров LOW может быть применен почти любой материал при условии конструктивного учета напряжений в опасном наиболее нагруженном сечении цилиндра, например, путем увеличения толщины стенок в нижних нескольких метрах высоты цилиндра LOW.
Самый простой метод строительства заключается в использовании списанной транспортерной ленты утильного качества. Лента пригодна для устройства цилиндров LOW высотой примерно до 3 метров, при этом прочность ленты позволяет строить конструкции LOW с практически вечным сроком службы.
Для более сложных проектов, и больших глубин, можно рекомендовать армированный стеклянной, базальтовой или полимерной фиброй серобетон, а также сероасфальт, с прочностью на разрыв около 50—100МПа, что вполне достаточно для большинства LOW конструкций.
Какова же эффективность технологии LOW по сравнению с традиционными гидротехническими сооружениями на дне моря из привозных материалов?
Допустим, мы строим один километр стенки шириной 30 метров из трех рядов цилиндров диаметром 10 метров на глубине 30 метров и высотой 40 метров, то есть 10 метров над уровнем воды. Материал оболочек LOW – армированный серобетон, толщина оболочки 0.1м. Потребуется 300 цилиндров с площадью поверхности одного S1=pi*D*H=3.14159*10*40=1260м2, с объемом V1=126м3, а все 300 цилиндров будут иметь объем 300*126=37800м3. При строительстве из серобетона 60% этого объема составит песок и щебень, то есть материал, который можно добывать прямо на месте возведения, а 40% – это сера, пластификаторы, фибра и вспомогательные материалы, то есть 100*30=30000кв. м стенки, или 3 гектара, потребуют 40%*37800м3=15000 тонн привозного материала. Разумеется, при меньших глубинах и высоте стенки над водой эта цифра будет пропорционально меньше.