Средние века, Италия. Многие крупные города с целью продемонстрировать свой статус и процветание экономики строили богато украшенные колокольни или другие торжественные сооружения. Одним из таких городов была Пиза, которая в те годы являлась крупным торговым центром страны и тоже решила рассмотреть возможность строительства башни из белого мрамора.
История одной ошибки: как построили Пизанскую башню и почему инженерам так и не удалось ее выпрямить
9 августа 1173 года по проекту итальянского архитектора Бонанно Пизано был заложен фундамент постройки, которая даже спустя 850 лет будет оставаться одним из самых узнаваемых архитектурных объектов мира. Уже на начальном этапе строительства стало понятно, что в проекте были допущены ошибки, из-за чего конструкция начала крениться. Разбираемся, что не так с Пизанской башней, почему ее не удалось выпрямить и рухнет ли она когда-нибудь.
Unsplash
К концу XX века наклон башни достигал примерно 5,5 градуса, тогда специалисты начали всерьез опасаться ее обрушения. После масштабной стабилизации угол удалось уменьшить до менее чем 4 градусов.
Роковая ошибка: с чего начались все проблемы Пизанской башни
Распоряжение о строительстве колокольной башни, которая задумывалась как третье и последнее сооружение городского соборного комплекса, городские власти дали во второй половине XII века, когда Пиза считалась торговым центром Италии. Проект возглавил Бонанно Пизано: он задумал сооружение как отдельно стоящую конструкцию высотой около 56 метров, напоминающую колонну.
В августе 1173 года строители заложили мраморный фундамент башни на глубине 3 метров, а затем начали возводить первый этаж, окруженный 15 колоннами из белого мрамора с классическими капителями и глухими арками. После возведения третьего из восьми этажа в 1178 году строители заметили, что одна сторона сооружения проседает сильнее другой. К тому моменту угол крена уже составил 5 см.
Оказалось, что проектировщики не учли особенности грунта под башней: смесь глины, песка и морских отложений плохо выдерживала огромный вес мраморной конструкции. К тому же фундамент был неглубоким, что недостаточно для такого тяжелого здания. Когда одна сторона начала оседать быстрее, центр тяжести сместился, и башня стала постепенно крениться. Пизано, не желавший рисковать своей репутацией, принял решение немедленно прекратить все работы.
Последующие этапы строительства
Примерно в то же время между соседствующими итальянскими городами-государствами (Пизой и Генуей) разразилась война, из-за чего пауза в строительстве продлилась слишком долго — около ста лет. Впрочем, для самой башни эта пауза оказалась спасительной: за целый век фундамент успел осесть и стабилизироваться на мягкой глинистой почве. Многие современные инженеры считают, что если бы строительство продолжили без остановки, сооружение могло рухнуть еще в XIII веке под собственным весом.
В 1272 году работы возобновили под руководством архитектора Джованни ди Симоне. Он понимал, что башня уже заметно отклонилась от вертикали, поэтому решил использовать нестандартное решение: сделать аркадные колонны на проседающей стороне немного выше, чем на противоположной, чтобы визуально и конструктивно компенсировать крен. По этой причине у Пизанской башни есть едва заметный изгиб.
Однако полностью исправить проблему не удалось — дополнительная масса лишь усилила давление на мягкий грунт, и башня вновь начала медленно оседать. Когда Симоне это заметил, приказал немедленно остановить строительство.
В 1284 году Пиза вступила в очередную войну, из-за чего возобновить работы не удавалось еще несколько десятилетий. Последний этаж был достроен только в 1319 году, а звонница на вершине — в 1372 году. Руководство проектом обычно приписывают Томмазо ди Андреа Пизано. Высота готовой Пизанской башни, построенной из более чем 14 000 тонн мрамора, составила 56 метров, а диаметр основания — 15,54 м.
Таким образом, с момента закладки первого камня и окончания строительства прошло 200 лет. Наклон башни в XIV веке составлял 1,6°.
Попытки все исправить
На этом работы над башней не закончились, в последующие годы внутри сооружения было установлено семь колоколов, самый крупный из которых весил 3600 килограммов, и две винтовые лестницы с 294 и 296 ступенями (две дополнительные ступени были предназначены для компенсации наклона башни).
В 1817 году британские архитекторы Эдвард Креси и Джордж Ледделл Тейлор посетили Пизу и провели детальное обследование Пизанской башни, в ходе которого установили, что наклон составляет уже 5°. Спустя 21 год итальянский архитектор Алессандро Герардеска решился выполнить попытку выровнять башню. Он вырыл вокруг фундамента траншею, убрал мягкий глинистый грунт и заменил его мраморным основанием. Идея, казалось бы, неплохая, но она не сработала: мраморное основание оказалось слишком жестким и не смогло компенсировать неравномерную осадку грунта. В итоге в 1918 году отклонение от вертикали достигло 5,1 м, и наклон продолжал увеличиваться на 1–1,2 мм в год вплоть до 1990-х годов.
В 1993 году инженеры зафиксировали максимальный угол наклона за всю историю башни — 5,5 градусов.
В 1990 году башню закрыли для посетителей, в это время группа специалистов под руководством британского инженера Джона Берлэнда изучала возможные варианты решения проблемы. Их предложением было убрать грунт с северной стороны башни, чтобы сделать ее ровнее, а также снять тяжелые колокола, которые увеличивали массу и без того тяжелого сооружения.
Для реализации идеи башню обвязали стальными опорами, а после начали бурить отверстия под фундаментом. Всего было выкачано несколько десятков тонн земли с северной стороны здания, что привело к уменьшению крена до 3,97°.
При этом полность выпрямлять Пизанскую башню нельзя, это могло бы разрушить ее. За столетия сооружение и грунт пришли к своеобразному нестабильному равновесию: сооружение стоит именно в тех условиях, в которых постепенно деформировалась. Резкое возвращение в вертикальное положение могло вызвать трещины, перераспределение нагрузки и даже обрушение.
Пизанская башня вновь открыла свои двери для туристов в 2001 году.
Почему башня не падает
Пизанская башня за все время не разрушалась и, по прогнозам ученых, сможет простоять в таком виде еще по меньшей мере 200 лет. Секрет заключаетя в том, что, несмотря на наклон, центр ее тяжести находится внутри площади основания башни. Пока вертикальная линия нагрузки проходит в пределах фундамента, сооружение сохраняет равновесие. Когда же линия барицентра перестанет совпадать с основанием, башня рухнет.