Очень хорошей иллюстрацией этого момента служит первая дорога, построенная Массачусетской комиссией по делам шоссейных дорог. Эта дорога находится на острове Нантакет и подвергалась очень слабому движению. Комиссия стремилась построить наилучшую возможную дорогу и поэтому заказала очень твердый и прочный трапп из Салема, который тогда считался лучшей щебеночной породой в штате. Доставленный на дорогу этот камень стоил 3,50 доллара за тонну, причем столь высокая цена объяснялась стоимостью транспортировки. Дорога была во всех отношениях построена правильно и тщательно укаткана паровым катком; но несмотря на все предосторожности она вскоре начала разрушаться, и многократная укатка дала лишь временный эффект, так как порода оказалась слишком твердой и прочной для такого движения. Впоследствии, когда покрытие дороги было возобновлено известняком, который был гораздо мягче траппа, она стала отличной. С тех пор все дороги, построенные на острове, возводились из местных гранитных валунов с хорошими результатами и при гораздо меньших затратах.
Однако если бы эта твердая и прочная порода, давшая столь плохие результаты в Нантакете, использовалась на дороге, где движение было достаточным для истирания достаточного количества связующего вещества, были бы получены гораздо лучшие результаты, чем если бы применялась порода, лишенная как твердости, так и прочности; ибо в последнем случае износ был бы столь велик, что образовывались бы колеи, препятствующие стоку дождевой воды с поверхности. Скапливающаяся таким образом на поверхности вода быстро проникала бы к основанию и разрушала дорогу. Количество пыли в сухую погоду также было бы чрезмерным.
Приведено лишь два примера неправильного использования дорожного материала, но поскольку они представляют крайние условия, легко увидеть то множество промежуточных ошибок, которые могут быть совершены, ибо найдется немного пород даже одной разновидности, которые обладали бы одинаковыми физическими свойствами в равной степени. Климатические и физические условия, которым подвергаются дороги, столь же разнообразны. Следовательно, можно сказать, что превосходство дорожного материала полностью зависит от условий, которым он должен отвечать.
Было бы полезно упомянуть еще несколько свойств горных пород, имеющих отношение к дорожному строительству, хотя здесь они обсуждаться не будут. Существуют некоторые породы, такие как известняки, которые гигроскопичны или обладают способностью поглощать влагу из воздуха, и в сухом климате такие породы представляют несомненную ценность, поскольку цементация каменной пыли в значительной мере зависит от наличия воды для своего полноценного развития. Степень поглощения воды горной породой также может иметь значение, поскольку в холодном климате это до некоторой степени определяет склонность породы к разрушению при замерзании. Однако это не так важно, как способность самой дороги впитывать влагу, ибо если дорога удерживает много воды, разрушения, причиняемые морозом, очень велики. Эта проблема обычно связана скорее с дефектами строительства, чем с материалом. Плотность или удельный вес горной породы также считаются важными, поскольку чем тяжелее порода, тем лучше она держится на своем месте и тем лучше сопротивляется воздействию ветра и дождя.
Было рассмотрено лишь несколько свойств горных пород, важных для дорожных строителей, но если принимать их во внимание при выборе материала, лучшие результаты будут гарантированно достигнуты. При выборе дорожного материала в первую очередь следует учитывать условия, которым он будет подвергаться. К ним относятся главным образом годовое количество осадков, средняя зимняя температура, характер преобладающих ветров, уклоны, а также объем и характер движения, которое будет проходить по дороге. Климатические условия легко получить в бюро погоды, а достоверный учет объема и характера движения может составить любое компетентное лицо, проживающее вблизи дороги.
Во Франции измерению интенсивности движения уделяется очень много внимания, и по всем национальным шоссе ведется учет. Движение там оценивается и переводится в единицы следующим образом: лошадь, тянущая общественное транспортное средство или повозку, груженную сельскохозяйственной продукцией или товарами, принимается за единицу движения. Каждая лошадь, тянущая пустую повозку или личный экипаж, считается за половину единицы; каждая лошадь, корова или бык в упряжи или без нее, а также каждая верховая лошадь — за одну пятую единицы; каждое мелкое животное (овца, коза или свинья) — за одну тридцатую единицы.
Учет движения ведется каждый тринадцатый день в течение всего года, и выводится среднее значение для определения его средней величины. Желателен какой-то подобный общий метод классификации движения в единицах, поскольку он позволяет выразить интенсивность движения по дороге одним числом.
Прежде чем этот французский метод можно будет применить к движению в нашей стране, потребуется существенно изменить способ оценки. Это, однако, вопрос, который может быть изучен и должным образом скорректирован Управлением по исследованию общественных дорог. Важнейшей задачей до строительства щебеночной дороги является получение данных о среднем количестве лошадей, повозок и их типов, проходящих по грунтовой дороге за день. Небольшая стоимость такого учета ничтожна по сравнению со стоимостью щебеночной дороги (от 4000 до 10000 долларов за милю для пятнадцатифутовой дороги), учитывая тот факт, что ошибка в выборе материала может обойтись в гораздо большую сумму денег. После получения данных о движении, если дорога из колотого камня строится впервые, лучше всего заложить поправку на немедленное увеличение движения по меньшей мере на десять-пятнадцать процентов, поскольку улучшенная дорога обычно привлекает транспорт с прилегающих дорог.
Чтобы несколько упростить дело, различные классы движения, которым подвергаются дороги, можно разделить на пять групп, которые можно назвать соответственно городским, урбанизированным, пригородным, магистральным и загородным дорожным движением. Городское движение — это движение столь интенсивное, что с ним не может справиться ни одна щебеночная дорога; таково движение на деловых улицах крупных городов. Для такого движения необходимы каменные и деревянные блоки, асфальт, кирпич или подобные материалы. Урбанизированное движение — это движение на городских улицах, которые не подвергаются непрерывному движению тяжелых повозок, но должны выдерживать очень сильный износ и требуют самой твердой и прочной щебеночной породы. Пригородное движение характерно для пригородов городов и главных улиц сельских поселков. Магистральное движение — это движение, равное движению главных загородных дорог. Загородное дорожное движение — это движение, равное движению менее посещаемых загородных дорог.
Городское движение здесь рассматриваться не будет. Для урбанизированного движения наилучшим образом подходит самая твердая и прочная порода, или, иными словами, порода с наивысшими износостойкими качествами, какую только можно найти. Для пригородного движения лучшей породой будет та, которая обладает высокой прочностью, но меньшей твердостью, чем для урбанизированного движения. Для магистрального движения лучше всего подходит порода средней твердости и прочности. Для движения по загородным дорогам лучше использовать относительно мягкую породу средней прочности. Во всех случаях следует добиваться высоких вяжущих свойств, особенно если местность очень сырая или ветреная.
Горные породы, принадлежащие к одному виду и имеющие одинаковое название, такие как траппы, граниты, кварциты и т. д., в разных местностях различаются по своим физическим дорожно-строительным свойствам почти так же сильно, как и породы различных видов. Это различие справедливо также для минерального состава пород одного вида, а также для размера и расположения их кристаллов. Следовательно, невозможно классифицировать горные породы для дорожного строительства простым перечислением их видовых названий. Тем не менее можно сказать, что определенные виды горных пород имеют общие дорожно-строительные свойства. Например, породы траппового ряда [8] в своем классе тверды, прочны и обычно обладают вяжущей способностью, благодаря чему хорошо выдерживают интенсивное движение; по этой причине о них часто говорят как о лучших породах для дорожного строительства. Однако это не всегда верно, поскольку можно привести многочисленные примеры, когда трапповая порода, обладающая вышеуказанными свойствами в наивысшей степени, не давала хороших результатов на дорогах с легким движением. Причина, по которой трапповая порода завоевала столь большую популярность у дорожных строителей, заключается в том, что подавляющее большинство щебеночных дорог в нашей стране строится для выдерживания урбанизированного движения, а траппы выдерживают такое движение лучше, чем любой другой отдельный класс пород. Существуют, однако, и другие породы, которые отлично выдерживают урбанизированное движение, и есть такие траппы, которые недостаточно тверды и прочны для пригородного или магистрального движения. Граниты обычно хрупкие, и многие из них плохо связываются, но есть немало таких, которые при использовании в надлежащих условиях образуют отличные дороги. Лелситы обычно очень твердые и хрупкие, многие обладают превосходными вяжущими свойствами, причем некоторые разновидности пригодны для самого тяжелого щебеночного движения. Известняки обычно хорошо связываются, мягки и часто гигроскопичны. Кварциты почти всегда очень твердые, хрупкие и имеют очень низкую вяжущую способность. Сланцы обычно мягкие, хрупкие и лишены вяжущей способности.
Приведенные выше обобщения неизбежно носят туманный характер и в практических целях представляют небольшую ценность, поскольку породы одной и той же разновидности, залегающие в разных местах, имеют очень широкий диапазон свойств. В результате во многих случаях, особенно когда имеется несколько пород на выбор, сложность наилучшего выбора оказывается весьма велика, и эта сложность постоянно возрастает ввиду быстро растущих транспортных возможностей и расширяющегося в связи с этим диапазона выбора. Из-за их ценных дорожных свойств некоторые породы в настоящее время доставляют для использования на расстояния в несколько сотен миль.
Существует всего два способа, с помощью которых можно точно определить ценность горной породы в качестве дорожного материала. Один способ, и вне всякого сомнения самый надежный, заключается в строительстве опытных дорог из всех пород, имеющихся в данной местности, в измерении интенсивности движения и износа, которым они подвергаются, а также в ведении точного учета затрат как на строительство, так и на ежегодный ремонт каждой из них. Этот метод позволяет получить фактические результаты, однако он имеет серьезные и очевидные недостатки. Он очень дорог (особенно когда результаты оказываются отрицательными) и требует столь значительного времени до получения результатов, что его нельзя считать практичным методом, когда в какой-либо местности только начинают строиться дороги с макадамом. Более того, полученные таким образом результаты неприменимы к другим дорогам и материалам. Подобный метод, несмотря на превосходные результаты, может применяться только теми общинами, которые могут позволить себе необходимые время и деньги, и абсолютно непригоден для широкого использования.
Другой метод заключается в проведении лабораторных испытаний физических свойств доступных в данной местности горных пород, изучении условий на конкретной дороге, которую предстоит построить, и последующем выборе материала, наиболее подходящего для этих условий. Этот метод имеет преимущества быстрого получения результатов и дешевизны, и насколько результаты лабораторных испытаний сопоставлялись с результатами реальной практики, было обнаружено их полное соответствие.
Лабораторные испытания дорожных материалов впервые были внедрены во Франции около тридцати лет назад, и их полезность была полностью доказана. Испытания горных пород там проводятся с целью определения степени их твердости, сопротивления истиранию и сопротивления сжатию. В 1893 году Комиссия по шоссейным дорогам штата Массачусетс учредила при Гарвардском университете лабораторию для испытания дорожных материалов. Был принят французский метод испытания на истирание и добавлены испытания для определения цементирующей способности и вязкости горных пород. С тех пор аналогичные лаборатории были созданы при Университете Джонса Хопкинса, Колумбийском университете, Геологической службе Висконсина, Корнеллском университете и Калифорнийском университете.
Министерство сельского хозяйства теперь создало лабораторию дорожных материалов в Химическом отделении, где любой житель Соединенных Штатов может бесплатно испытать дорожные материалы, обратившись за инструкциями в Управление по исследованию общественных дорог. Лаборатория оснащена аппаратурой, необходимой для проведения такой работы, и Министерство намеревается проводить общие исследования дорог. Частью общего плана будет проведение испытаний на реальных дорогах с целью сравнения результатов с теми, что были получены в лаборатории.
Помимо испытания дорожных материалов для общественности, бланки для учета движения будут предоставляться министерством любому лицу, намеревающемуся построить дорогу. Когда эти бланки будут заполнены и возвращены в лабораторию вместе с образцами материалов, доступных для строительства дороги, интенсивность движения на дороге будет отнесена к соответствующей группе, как описано выше; каждое свойство материалов будет испытано и аналогичным образом оценено в соответствии с его степенью, будут приняты во внимание климатические условия и даны экспертные рекомендации относительно правильного выбора.
ПРИМЕЧАНИЯ:
[7] Написано Логаном Валлером Пейджем, экспертом, заведующим Лабораторией дорожных материалов Химического отделения.
[8] Этот термин происходит от шведского слова trappa, означающего ступени, и изначально применялся к кристаллическим базальтам побережья Швеции, которые очень напоминают ступени по своему внешнему виду. В том значении, в каком он теперь используется дорожными строителями, он охватывает большое разнообразие изверженных пород, главным образом породы тонкокристаллической структуры темно-синего, серого и зеленого цветов. Как правило, это диабазы, диориты, трахиты и базальты. — Пейдж.
ГЛАВА V
КАМЕННЫЕ ДОРОГИ В НЬЮ-ДЖЕРСИ [9]
Поскольку в Нью-Джерси имеется большое разнообразие почв, при дорожном строительстве приходится сталкиваться со множеством условий. Северная часть штата холмиста, там встречаются глина, мягкий камень, твердые камни, рыхлые камни, плывуны и болота. В восточной части штата, особенно в прибрежных районах, дороги находятся в наихудшем состоянии летом из-за рыхлого сухого песка, который иногда наметает сугробами, как снег. В западном Нью-Джерси, составляющем южную оконечность штата, много рыхлого мягкого песка, значительное количество глины, болот и низменных земель, которые трудно поддаются осушению.
В дополнение к состоянию почвы необходимо учитывать экономические условия. В окрестностях крупных посёлков или городов, где из-за мануфактур и сбыта сельскохозяйственной продукции ведется интенсивный гужевой транспорт, необходимо иметь прочные, толстые, основательные дороги, в то время как в более сельских районах и вдоль морского побережья, где движение осуществляется главным образом легкими экипажами, предпочтительна более легкая конструкция дорожного полотна. В сельских районах, где дороги используются для нужд ближайшей округи, желательно иметь недорогую дорогу. Главные магистрали должны строиться с расчетом на значительное увеличение движения, поскольку фермеры в отдаленных районах, которые ранее посвящали свое время выпасу скота, выращиванию зерна и т. д., считают более выгодным изменить способ ведения хозяйства на выращивание овощей, садоводство и т. д.
Дорожные инженеры Нью-Джерси обнаруживают, что они не могут следовать проторенными путями и строить дороги по какому-то одному стилю или образцу. Техническая инженерия в дорожном строительстве должна уступить практичному, здравомыслящему плану действий. Инженер, имеющий под рукой изобилие денег и материалов, может построить хорошую дорогу практически в любом месте и при любых условиях, но при ограниченных ресурсах и разнообразии физических условий ему приходится «кроить кафтан по мерке». Мы начинаем с этой дилеммы. Нам нужны лучшие дороги, и поскольку наши средства для их получения весьма ограничены, если мы не можем получить их такими хорошими, какими бы нам хотелось, давайте получим их настолько хорошими, насколько это возможно.
Позвольте мне привести практический пример. Строительство каменных дорог за пределами платных дорог корпораций в Западном Нью-Джерси было начато весной 1891 года. Ко мне обратился комитет тауншипа Честер в округе Берлингтон с просьбой построить несколько дорог. Мурстаун — процветающий город с населением около трех тысяч человек в центре тауншипа. Дороги, подлежащие строительству, за исключением одной, выходили из города к границам тауншипа и имели протяженность от половины до трех миль. Дороги в целом носили местный характер. Всего было десять дорог общей протяженностью около одиннадцати миль. Выпуск облигаций тауншипа выносился на голосование, и для осуществления проекта выпуска облигаций на 40 000 долларов было необходимо, чтобы все эти дороги были построены из щебеночного покрытия. Дороги, подлежащие улучшению, определялись на собрании горожан без консультаций с инженером относительно стоимости и т. д., так что передо мной была поставлена простая задача: сможете ли вы построить одиннадцать миль каменной дороги шириной девять футов за 40 000 долларов? Требования, с которыми пришлось столкнуться, были следующими: поблизости не было камня, пригодного для дорожного строительства, ближе чем в шестидесяти — восьмидесяти милях; стоимость фрахта — около семидесяти пяти центов за тонну; подвоз от железнодорожного тупика составлял в среднем около полутора миль; стоимость упряжек летом, когда фермеры были заняты, — около 3,50 доллара в день. При подготовке к дорожному строительству требовалось срезать несколько холмов на глубину от одного до трех футов; соорудить дамбы и насыпи через влажные и болотистые участки. Для этой последней работы землевладельцы и другие заинтересованные лица вдоль дороги согласились предоставить упряжки, а тауншип оплачивал труд рабочих. Следующей трудностью был выбор типа дороги для строительства. Поскольку ширина была установлена в девять футов в качестве одного из условий выпуска облигаций, оставался, казалось, только один способ применить экономию — а именно в глубине дорог.