Пизанская башня это архитектурный оксюморон. Ошибка, ставшая чудом. Символ человеческого несовершенства и одновременноинженерного гения. Любой ребенок знает, что она «падает». Туристы делают миллионы одинаковых фото, где они «поддерживают» башню ладошкой.
Но мало кто задает правильный вопрос. Не «почему она наклонилась?» (тут все просто плохой фундамент). А «почему она до сих пор не упала?».
За восемь веков башня пережила не только гравитацию, которая ежесекундно тянет её 14,5 тысяч тонн мрамора вниз. Она пережила четыре мощнейших землетрясения, которые разрушали соседние здания в регионе. По всем законам физики и сопромата, эта колокольня должна была превратиться в груду камней еще в Средние века. Но она стоит.
Как это возможно? Расследование приводит нас к удивительному эффекту, о котором не знали даже сами строители.
Чтобы понять чудо спасения, нужно оценить масштаб провала.
Строительство началось в 1173 году. Архитектор (предположительно Диотисалви или Бонанно Пизано) был амбициозен, но беспечен. Он заложил фундамент глубиной всего... 3 метра. Для башни высотой 56 метров! И это на болотистой почве, состоящей из мягкой глины и ила (Пиза стоит в устье реки Арно, почва там зыбкая, как губка).
Уже когда строили третий этаж (в 1178 году), башня начала «клевать носом» на север. Почва под южной стороной была чуть тверже, а под северной просела.
И тут произошло первое чудо. У Пизанской республики закончились деньги, и началась война с соседней Флоренцией. Стройку заморозили почти на 100 лет.
Именно эта пауза спасла башню. Если бы её достроили быстро, она бы рухнула сразу. За век грунт под весом недостроя утрамбовался и уплотнился. Башня «села», но закрепилась в своем кривом положении.
Когда стройку возобновили в 1272 году, наклон уже был заметен. Новые архитекторы попытались исправить ситуацию. Они стали строить следующие этажи с одной стороны выше, чем с другой, чтобы визуально и физически выровнять центр тяжести.
Поэтому Пизанская башня на самом деле не прямая, а слегка изогнутая, как банан.
Но это не помогло. Башня продолжила крениться, теперь уже на юг. В 1372 году, когда водрузили колокольню, наклон составлял около 1,5 градусов. К XX веку он достиг пугающих 5,5 градусов. Верхушка отклонилась от основания на 5 метров!
Почему же её не разрушили землетрясения? Италия сейсмически опасная страна. Трясет там регулярно и сильно. Жесткие каменные конструкции (какой является башня) очень уязвимы к подземным толчкам. Они входят в резонанс и рассыпаются.
В 2018 году группа инженеров из Университета Бристоля и Римского университета раскрыла тайну. Феномен назвали DSSI (Dynamic Soil-Structure Interaction) — динамическое взаимодействие грунта и конструкции.
Сработала ирония судьбы. Та самая мягкая, болотистая почва, которая заставила башню наклониться, стала её лучшим защитником.
Дело в том, что частота колебаний самой башни (из-за её высоты и жесткости мрамора) и частота колебаний мягкого грунта кардинально не совпадают.
Во время землетрясения земля трясется с одной частотой, но мягкая «подушка» под фундаментом не передает эти вибрации на башню. Грунт гасит толчки, как амортизатор в автомобиле. Башня просто «плавает» в земле, не входя в разрушительный резонанс.
Это уникальный случай в мировой архитектуре. Почва, которая должна была убить здание, подарила ему бессмертие.
Несмотря на устойчивость к землетрясениям, гравитация продолжала своё дело. В 1990 году башню закрыли наклон стал критическим, каменная кладка первого этажа начала трескаться от чудовищного напряжения.
Инженеры во главе с Микеле Ямиолковски предложили дерзкий план.
Они не стали толкать башню обратно (она бы сломалась). Они решили... подкопать её.
С северной стороны (противоположной наклону) через наклонные трубы начали аккуратно, по ведру в день, извлекать грунт из-под фундамента. Образовались пустоты. Под собственным весом башня начала медленно оседать в эти пустоты, выравниваясь в обратную сторону.
Это была ювелирная работа. Одно неверное движение и катастрофа. Башню страховали стальными тросами с сотнями тонн свинцовых противовесов.
В итоге её удалось выпрямить на 45 сантиметров (вернув к состоянию 1838 года). Наклон уменьшился с 5,5 до 3,9 градусов.
Инженеры могли бы поставить её ровно. Технически это было возможно. Но против выступили власти Пизы и маркетологи.
«Кому нужна Ровная башня в Пизе?» резонно заметили они. Туристы едут смотреть на чудо.
Поэтому выпрямление остановили ровно в тот момент, когда башня стала безопасной, но визуально осталась «падающей».
Сегодня датчики фиксируют, башня замерла. Она больше не падает. Инженеры дают гарантию на 300 лет. Так что у человечества есть еще три века, чтобы удивляться ошибке средневековых строителей, которая оказалась надежнее современных небоскребов. Пизанская башня доказала, что иногда гибкость и умение подстроиться под обстоятельства (даже под мягкий грунт) важнее, чем твердость и прямолинейность.