Упрямая колокольня из Пизы

В августе 1173 года в Италии начали возводить Пизанскую башню из белоснежного мрамора, как часть ансамбля городского собора Санта-Мария Ассунта. К удивлению строителей, через пять лет еще незавершенная конструкция начала наклоняться к плоскости земли. Чтобы она совсем не опрокинулась, стройку заморозили почти на сто лет и только в 1275 работы возобновили, а башня достигла своего нынешнего вида к 1372 году.

К тому времени инженеры придумали несколько хитростей, чтобы внешний вид хоть как-то соответствовал архитектурным эскизам. Немного удлиненные колонны с одной стороны выправляли верхние этажи ближе к вертикальной оси, а асимметричная декоративная отделка маскировала наклон. Кроме того, строители снизили проектную высоту башни, и она составила 183 фута на низкой стороне и 186 футов на высокой.

Все последующие века башня оставалась в своем невозмутимом поклоне и привлекала толпы туристов в до этого ничем непримечательный итальянский городок. Последние реставрационные работы включали усиление фундамента и установку 800-тонного свинцового противовеса, за счет которого удалось выпрямить осевой наклон почти на один градус. Сейчас угол наклона башни составляет всего 4 градуса, и хотя на многих картинках ее рисуют в более устрашающей нависшей позе, чем есть в реальности, это не мешает людям съезжаться со всех стран, чтобы лично увидеть диковинное здание.

Удивительно не то, что Пизанская башня простояла в таком положении почти 600 лет, а то, что она выдержала ряд землетрясений без серьезных последствий. Как минимум четыре мощные тряски конструкция испытала с момента начала своего строительства.

Команда британских и итальянских инженеров и геологов опубликовало исследование в журнале Earthquake Spectra, которое дает ответ на тайну высокой живучести Пизанской башни при глобальных катаклизмах. Как оказалось, основной недостаток конструкции и спас ее от разрушения во время землетрясений.

Чтобы понять в чем дело, надо обратить свой взор глубоко под землю. Под фундаментом 14500-тонной Пизанской башни лежат переменные слои песка и глины, сжатые неравномерным образом. Причина в неправильном заглублении конструкций основания, которые в свою очередь привели к наклону всего сооружения. Почва с переменной плотностью под любым зданием - это очень негативный фактор, потому что во время землетрясения она усиливает тряску. Но еще есть опасное явление физического резонанса, когда частота собственных колебаний материала здания совпадает с длинной сейсмической волны. В этом случае верхние этажи начинают согласованно колебаться, все сильнее раскачиваются, вызывая сильные поперечные усилия, которые ослабляют нижележащие балки и колонны, после чего конструкция рушится под собственным весом.

В случае с Пизанской башней сейсмические волны встречают на своем пути не строго прямое здание, а наклонное, поэтому не могут вызывать только вертикальные колебания. Из-за сложных физических взаимодействий они начинают вращаться вокруг наклонной оси и теряют существенную часть своей энергии. Ко всему прочему, из-за физического резонанса происходят избирательные разрушения во время землетрясений. К примеру, в японских городах часто замечали, что падают дома средней этажности, а небоскребы и очень маленькие строения остаются невредимыми. Все дело в совпадении длин сейсмических волн и собственных колебаний объекта, которые зависят от жесткости здания.

Именно мягкий грунт, вызвавший наклон и неустойчивость Пизанской башни, вместе с жесткостью здания и достаточной высотой помог ей пережить крупные сейсмособытия. Башня ни в какую не хочет вступать в резонанс с землей во время подземных толчков.

Запаса прочности после проведенных реставрационных работ у Пизанской башни должно хватить еще как минимум на 300 лет, даже с учетом возможных землетрясений в Италии.

Источник Фото 1