V tomto blogovém příspěvku se podíváme na to, jak šikmá věž v Pise překonala své strukturální nedostatky a jak je důkazem moderních stavebních technik.
Šikmá věž v Pise je stavba nacházející se v západoitalské provincii Toskánsko, přístavba katedrály v Pise a světoznámá turistická atrakce, kterou ještě více proslavila historka, že z ní Galileo Galilei prováděl experimenty s volným pádem. Šikmá věž není typickou stavbou a její nakloněný tvar z ní dělá pro turisty jedinečný pohled. Navzdory silnému náklonu se šikmé věži v Pise podařilo udržet si svou polohu, aniž by se zřítila. Dnes se úhel náklonu díky probíhajícím opravám zmenšil z 5.5 stupně v nejvyšším bodě na přibližně 3.9 stupně.
Šikmá věž v Pise se začala naklánět po prvním ze tří stavebních období (první: 1173-1178; druhé: 1272-1278; třetí: 1360-1372). Inženýři zkoušeli různé metody, jak se s nakloněním směrem na jih vypořádat, včetně zavěšení těžkých materiálů, jako jsou zvony, na severní stranu věže a vstřikování chemikálií pro zpevnění terénu na jižní straně, ale nepodařilo se jim náklon zastavit. V důsledku toho se náklon v průběhu času dále zrychloval. V roce 1990, kdy vzdálenost od olovnice ke středové ose nakloněné věže překročila limit 4.5 metru, italská vláda věž pro veřejnost uzavřela a zahájila rozsáhlou rekonstrukci. Stavební firmy a vědci z různých zemí navrhovali různá řešení, ale žádné z nich nebylo úspěšné. Nakonec však byla zvolena metoda odříznutí terénu na severní straně, která náklon zastavila, a do roku 2010 byl náklon snížen z 5.5 na 3.9 stupně.
Co tedy způsobilo, že se šikmá věž v Pise začala naklánět, a jak se to zastavilo?
Naklonění šikmé věže v Pise nebylo způsobeno strukturální vadou samotné budovy, ale spíše terénem, který ji nese. Obecně má terén na dně pevnou vrstvu horniny a směs různých typů zemin, jako je podzemní voda, písek a jíl. V závislosti na povaze půdy se půda dělí na měkkou, tvrdou, jílovitou nebo písčitou a tyto podmínky je třeba při stavbě stavby zohlednit. Půda má mezi svými částicemi dutiny, nazývané póry, které se při stavbě stavby pod zatížením stlačují. Tento proces se nazývá „sedání“ a nepředstavuje problém, pokud se terén, který budovu nese, sedává rovnoměrně. Pokud se však terén na různých místech sedává různě, dochází k „nerovnoměrnému sedání“, což je nebezpečný jev, který může způsobit naklonění nebo dokonce zřícení budovy.
Šikmá věž v Pise byla postavena na měkkém podloží, směsi minerálních usazenin a jílu, s podzemní vodou tekoucí pod ním. Navíc základy nebyly dostatečně položeny, což způsobilo, že se šikmá věž nakláněla k jihu.
Inženýři se pokusili problém vyřešit použitím těžkých materiálů k obrácení náklonu, a to na principu houpačky, ale terén na jižní straně věže nebyl schopen unést váhu materiálů a náklon se zhoršil. Ve 30. letech 20. století Benito Mussolini vyzkoušel „metodu injektování“ betonu do země, ale to také narušilo zeminu a problém zhoršilo. V 60. letech 20. století zvýšené využívání podzemní vody snížilo její hladinu, což urychlilo pokles a naklánění šikmé věže.
Metoda „severního podepření“, která byla nakonec zavedena, úspěšně vyřešila problém nakloněné věže. Rozsáhlý projekt zpevňování, který zahrnoval vykopání asi 70 tun zeminy ze severního základu a nalití cementu, zastavil nerovnoměrné poklesávání terénu a stabilizoval sklon pagody. V důsledku toho se sklon pagody ve srovnání s rokem 1990 zmenšil o 48 centimetrů a pagoda se již nenaklání.
Principy geomechaniky mezi budovou a terénem hrály důležitou roli při řešení problému šikmé věže v Pise. Místo zpevňování měkkého terénu byla míra sedání regulována vykopáním zeminy na opačné straně, aby se zabránilo rozdílnému sedání. Moderní geotechnické inženýrské techniky umožnily navrhovat a stavět záměrně nakloněné konstrukce, na rozdíl od případu šikmé věže v Pise, kde technické obtíže zabránily dostatečnému geotechnickému průzkumu.
Příkladem toho je budova Capital Gate v Abú Zabí, která je zapsána v Guinnessově knize rekordů jako nejvíce nakloněná uměle postavená věž na světě. Budova má 35 pater a sklon 18 stupňů, což je o 3.9 stupně více než šikmá věž v Pise. Budova má unikátní design, který vede svisle nahoru až do 12. patra a od 13. patra je každé patro šikmé o 30 až 140 centimetrů. Budova byla také navržena tak, aby odolala gravitaci, silnému větru a zemětřesení, a to umístěním 490 2 metry silných pilotů hlubokých 30 metrů do středu budovy a na opačné straně svahu. Tyto piloty slouží jako odolávající jakémukoli rotačnímu pohybu, který by způsobil převrácení budovy na jednu stranu. Tato konstrukce umožňuje budově Capital Gate zůstat stabilní i přes svůj nakloněný tvar a na rozdíl od šikmé věže v Pise si vysloužila pověst záměrně navržené stavby.
Moderní pokroky v geotechnickém inženýrství činí tyto nakloněné struktury, stejně jako mrakodrapy, podmořské tunely, vysokorychlostní železnice a další inženýrské výzvy, realitou. Díky schopnosti realizovat kreativní návrhy a zároveň zajistit stabilitu konstrukce jsme schopni vidět architektonické formy, které byly dříve nepředstavitelné.
Tyto technologické pokroky se netýkají jen vytváření krásných a jedinečných památek, ale také vedou k navrhování bezpečných budov, které odolávají přírodním katastrofám a změnám terénu. Například v oblastech náchylných k zemětřesením, jako je Japonsko, je nezbytné důkladně analyzovat interakci mezi terénem a budovou, aby bylo možné navrhnout konstrukce odolné vůči zemětřesení. Tyto metody nejen zvyšují bezpečnost budov, ale hrají také důležitou roli při řešení geologických problémů, které bylo dříve obtížné překonat.
Šikmá věž v Pise je již dlouho známá pro svůj nakloněný tvar, ale moderní geotechnické inženýrské techniky ji již nevnímají jako problém, ale spíše jako uměleckou a technickou výzvu. Tyto inženýrské pokroky, které řeší problémy minulosti a zároveň zkoumají nové možnosti, zvyšují očekávání pro budoucnost architektury.
Stejně jako šikmá věž v Pise stojí po staletí, i budovy postavené s využitím moderních technologií se časem stanou ikonickými symboly historie a kultury. A kdo ví, možná jednou bude postaveno něco ještě inovativnějšího a náročnějšího než šikmá věž v Pise a stane se symbolem nové generace.
