В тази публикация в блога ще разгледаме как наклонената кула в Пиза е преодоляла структурните си недостатъци и как тя е доказателство за съвременните строителни техники.
Наклонената кула в Пиза е структура, разположена в западната италианска провинция Тоскана, пристройка към катедралата в Пиза и световноизвестна туристическа атракция, станала още по-известна от анекдота, че Галилео Галилей е провеждал експерименти със свободно падане от нея. Наклонената кула не е типична структура и наклонената ѝ форма я прави уникална гледка за туристите. Въпреки силния си наклон, Наклонената кула в Пиза е успяла да запази позицията си, без да падне. Днес ъгълът на наклон е намален от 5.5 градуса в най-силния си момент до около 3.9 градуса благодарение на текущите ремонти.
Наклонената кула в Пиза започва да се накланя след първия от трите строителни периода (първи: 1173-1178; втори: 1272-1278; трети: 1360-1372). Инженерите опитват различни методи за справяне с наклона на юг, включително окачване на тежки материали като камбани от северната страна на кулата и инжектиране на химикали за укрепване на земята от южната страна, но не успяват да спрат наклона. В резултат на това наклонът продължава да се ускорява с течение на времето. През 1990 г., когато разстоянието от отвеса до централната ос на наклонената кула надхвърля границата от 4.5 метра, италианското правителство затваря кулата за обществеността и започва основен ремонт. Строителни компании и учени от различни страни предлагат различни решения, но никое от тях не е успешно. В крайна сметка обаче е избран метод за отрязване на земята от северната страна, което спира накланянето, и до 2010 г. наклонът е намален от 5.5 на 3.9 градуса.
И така, какво е накарало Наклонената кула в Пиза да започне да се накланя и как е било спряно това?
Наклонът на Наклонената кула в Пиза не е причинен от структурен дефект в самата сграда, а по-скоро в земята, която я поддържа. Като цяло, земята има солиден слой скала в долната част и смес от различни видове почва, като подпочвени води, пясък и глина. В зависимост от естеството на почвата, тя се категоризира като мека, твърда, глинеста или песъчлива и тези условия трябва да се вземат предвид при изграждането на конструкция. Почвата има кухини между частиците си, наречени пори, които се компресират под натоварване, когато се строи конструкция. Този процес се нарича „слягане“ и не е проблем, ако земята, която поддържа сградата, се сляга равномерно. Когато обаче земята се сляга различно на различни места, се получава „неравномерно слягане“, което е опасно явление, което може да доведе до накланяне или дори срутване на сградата.
Наклонената кула в Пиза е построена върху мека земя, смес от минерални находища и глина, с подпочвени води, течащи отдолу. Освен това основите са били непълно положените, което е довело до наклона на наклонената кула на юг.
Инженерите се опитали да решат проблема, като използвали тежки материали, за да обърнат наклона, използвайки принципа на люлка, но земята от южната страна на кулата не можела да поддържа тежестта на материалите и наклонът се влошил. През 1930-те години на миналия век Бенито Мусолини опитал „метода на фугиране“ чрез инжектиране на бетон в земята, но това също нарушило почвата и изострило проблема. През 1960-те години на миналия век увеличеното използване на подпочвени води понижило нивото им, което ускорило слягането и накланянето на наклонената кула.
Методът на „северно подпиране“, който най-накрая беше внедрен, успя да реши проблема с наклонената кула. Мащабен проект за укрепване, който включваше изкопаване на около 70 тона почва от северната основа и изливане на цимент, спря неравномерното слягане на земята и стабилизира наклона на пагодата. В резултат на това наклонът на пагодата беше намален с 48 сантиметра в сравнение с 1990 г. и тя вече не се накланя.
Принципите на геомеханиката между сградата и земята изиграха важна роля в решаването на проблема с Наклонената кула в Пиза. Вместо да се укрепва меката земя, количеството на слягане беше контролирано чрез изкопаване на почвата от противоположната страна, за да се предотврати различното слягане. Съвременните геотехнически инженерни техники направиха възможно проектирането и изграждането на умишлено наклонени конструкции, за разлика от случая с Наклонената кула в Пиза, където техническите трудности попречиха на достатъчно геотехническо проучване.
Пример за това е сградата Capital Gate в Абу Даби, която е вписана в Книгата на рекордите на Гинес като най-наклонената изкуствена кула в света. Сградата е висока 35 етажа и има наклон от 18 градуса, което е с 3.9 градуса по-голям наклон от Наклонената кула в Пиза. Сградата има уникален дизайн, който се издига вертикално нагоре до 12-ия етаж, а след това от 13-ия етаж нататък всеки етаж е наклонен странично с 30 до 140 сантиметра. Сградата е проектирана и да устои на гравитацията, силни ветрове и земетресения, като е поставена 490 пилота с дебелина 2 метра, дълбоки 30 метра, в центъра на сградата и от противоположната страна на склона. Тези пилоти действат, за да устоят на всяко въртеливо движение, което би довело до преобръщане на сградата на едната страна. Този дизайн позволява на Capital Gate да остане стабилна въпреки наклонената си форма и, за разлика от Наклонената кула в Пиза, ѝ е спечелил репутацията на целенасочено проектирана структура.
Съвременните постижения в геотехническото инженерство правят тези наклонени конструкции, както и небостъргачи, подводни тунели, високоскоростни железопътни линии и други инженерни предизвикателства, реалност. Благодарение на способността да се реализират креативни проекти, като същевременно се гарантира стабилността на конструкцията, ние сме в състояние да видим архитектурни форми, които преди са били невъобразими.
Тези технологични постижения не са само за създаване на красиви и уникални забележителности, но и водят до проектирането на безопасни сгради, които могат да издържат на природни бедствия и промени в земетресенията. Например, в земетръсни региони като Япония е от съществено значение да се анализира задълбочено взаимодействието между земята и сградата, за да се проектират устойчиви на земетресения конструкции. Тези методи не само правят сградите по-безопасни, но и играят важна роля в решаването на геоложки проблеми, които преди бяха трудни за преодоляване.
Наклонената кула в Пиза отдавна е призната за наклонената си форма, но съвременните геотехнически инженерни техники вече не я възприемат като проблем, а по-скоро като артистично и техническо предизвикателство. Тези инженерни постижения, които решават проблеми от миналото, като същевременно изследват нови възможности, повишават очакванията за бъдещето на архитектурата.
Точно както Наклонената кула в Пиза стои от векове, сградите, построени с модерни технологии, с течение на времето ще се превърнат в емблематични символи на историята и културата сами по себе си. И кой знае, може би един ден ще бъде построено нещо още по-иновативно и предизвикателно от Наклонената кула в Пиза и ще се превърне в символ на ново поколение.
