Итальянская башня «Кампанелла» прекрасное творение человеческих рук. Беломраморная наклонная башня на «Площади чудес» в городе Пиза получила известность как падающая “Пизанская башня”, а пизанцы называют её просто La Torre. Особенно великолепен вид на башню со стороны гостиницы Аристон, расположенной на улице Маффи, самой ближайшей гостиницы от мемориала, хотя нижняя часть башни прикрыта музеем. В вечернее время верхушка башни, освещённая со всех сторон прожекторами, выглядит ошеломляюще. На фоне освещенных облаков создаётся впечатление, что башня вот-вот рухнет на крышу здания музея. Пройдя двести метров от гостиницы, оказываешься на площади Дуомо, прямо перед падающей на тебя башней, а вверху над ней сияет Северная полярная звезда. Слева от башни величественно возвышается храм Дуомо, а за ним крытое кладбище Кампосанто. Западнее от храма виднеется великолепная круглая крестильная Баптистерий, построенная в стиле храма. И всё это расположено на огромной площади, покрытой зелёным ковром травы.
Слабый свет освещает лестницу башни, и что-то зловещее исходит из её мраморных стен. По истории известно, что многим людям эта башня принесла смерть. Вначале, ещё при строительстве третьего яруса за то, что башня завалилась на четыре сантиметра на север, сыну сбежавшего подрядчика Бонанно Пизано отрубили голову. Затем с вершины башни бросались люди, решившие покончить жизнь самоубийством, и, наконец, нерасторопные туристы выходили на скользкие балконы и, поскользнувшись, падали. Были и такие, которые решались спуститься вниз на своих летательных аппаратах. У некоторых это получалось удачно, а некоторые – расплачивались жизнью. Пол башни наклонился, как и сама башня, в южную сторону и имеет угрожающий склон, с которого в дождливую холодную погоду легко можно и скатиться.
Когда-то в 1050-х годах город Пиза был зажиточный и знаменитый. Деньги так и стекались к горожанам [1]. В память о победах и своих достоинствах пизанцы решили украсить город и построить мемориал. Пригласили маститых местных архитекторов Бускетте и Райнольдо. Те долго разрабатывали проект мемориала. И только в 1063 году на деньги, выделенные церковью, началось строительство. За 110 лет строители возвели храм, крестильную и крытое кладбище. К закладке башни Кампанеллы приступили 9 августа 1173 года. Работы по возведению башни поручили подрядчику Бонанно Пизанскому. Бонанно руководил рытьём котлована, вскрыв верхний грунт до монолитной почвы. Осенью пошли дожди, котлован заливало водой. Воду откачивали вручную.
Для фундамента башни на карьере вырубали специальные мраморные блоки. Подрядчик Бонанно лично руководил их погрузкой и перевозкой [2]. Но он простыл под дождём и заболел. Перед болезнью он успел завезти часть блоков и выгрузил их с северной и южной стороны от котлована. Больной Бонанно послал помощника за остальными блоками. Помощник перепутал и привёз блоки совершенно с другого карьера. Он выгрузил их с восточной и западной стороны от котлована. Когда Бонанно выздоровел и появился у котлована, то обнаружил, что помощник привёз не те блоки. Бонанно долго упрекал его, но исправить оплошность не мог. Дороги размыло, котлован постоянно заливало водой, борта осыпались. Ни с кем не посоветовавшись, Бонанно решил использовать привезенные блоки. “В конце концов, кто разберётся, что не все блоки из одного и того же мрамора?” – решил он и принялся монтировать фундамент башни. В результате в северной и южной части котлована уложили блоки из одного мрамора, а с восточной и западной стороны из другого. Всё бы обошлось хорошо, но мрамор из разных карьеров отличался по своему коэффициенту линейного расширения, то есть при нагревании они расширялись по высоте неодинаково. Чтобы никто не заметил подмены, Бонанно все блоки сверху соединил в толстую единую плиту, что было грубейшей ошибкой. На сплошной кольцевой плите он смонтировал первый этаж башни, возведя его на высоту 11 метров. Затем по проекту должны были монтироваться 10 этажей с колоннами. Башня должна была завершаться звонницей и шатровой крышей [3].
Бонанно успел построить два колоннадных кольца. Шёл 1185 год. И вот через двенадцать лет после начала строительства котлована под башню обнаружилось, что башня завалилась на северную сторону от вертикали на 4 сантиметра. Возможно Бонанно сообразил, что допустил ошибку, собрав фундамент из блоков, отличающихся по физическим свойствам. Законы тогда были жестокие, и Бонанно понял, что за эту ошибку ему грозит смертная казнь. Испугавшись, Бонанно сбежал из Пизы. Тогда казнили старшего сына Бонанно, хотя тот никакого отношения к строительству не имел. “Тот Бонанно или не тот, какая разница?” – решило духовенство и казнило старшего сына, похожего на отца. Но жители Пизы разобрались, что казнили не того, кого следовало, устроили скандал, а строительство башни приостановилось на сто лет. И только в 1285 году из соседнего городка Симона пригласили подрядчика Джованни ди Симоне. Он выправил сооружение, но несколько перестарался, завалив башню в южную сторону. В течение шести лет строительства следующих трех этажей башни он заметил, что сооружение стало падать в южную сторону вместо северной. Тогда Джованни стены с наклонной стороны башни сделал выше, чем с противоположной, пытаясь выправить башню. Однако замеры показали, что она продолжала падать. И Джованни, по примеру своего предшественника Бонанно, сбежал, а строительство башни опять прекратилось почти на шестьдесят лет. И только в 1350 году достраивать башню берётся Томмазо Пизано [4]. Он достраивает шестой колонный ярус, нарастив на 9 сантиметров наклонную сторону. Составив расчёты, Томмазо доказал духовенству, что строить оставшиеся четыре этажа нецелесообразно. Он сооружает звонницу, сильно завалив её в противоположную падению сторону. Затем он отговаривает духовенство от изготовления шатровой крыши, что значительно облегчает постройку. И только в 1362 году строительство башни завершается, а в 1370 году повесили колокола, созывающие прихожан к молитве, хотя башня продолжала падать. Через 300 лет башню решили спасать, убрав междуэтажные перекрытия, а затем сняли самый большой колокол (фото 1). Но каждый год башня отклонялась на 1,5 миллиметра, прославляя город и увеличивая доходы горожан от туристов. Конечно, падение башни можно было притормозить, но башня стала популярна тем, что она падает. Прямая или просто наклонная башня уже никому не будет интересна. Чтобы не спугнуть туристов, итальянцы фактически не пытались её спасать. И вот уже более чем 800 лет знаменитая “Пизанская башня”, имеющая вес порядка 15 тысяч тонн, падает с постоянной скоростью 1,5 миллиметра в год. В результате она накренилась в южную сторону больше, чем на пять метров.
Существуют разные мнения о природе её медленного падения. Так, Ранири Грасси считает, что падение башни заранее предусмотрено, а Александр Черардеска утверждает, что это наоборот, случайность.
Учёные спорят, а башня продолжает падать. Дело осложняется ещё и тем, что архиепископы собора не подпускают ученых к башне ближе, чем на 50 метров, заявляя: “Бог дал, Бог взял. Суждено ей упасть – пусть падает”. Но учёные пытаются укрепить фундамент. В 1936 году под основание башни под давлением вводился жидкий цемент, бетон и стекло. Инъекция не приостановила падения. В 1961 году по проекту польского ученого Цебертовича, который использовал метод профессора Московского университета Рейсса, предложенного в 1909 году, под основание башни был пропущен постоянный электрический ток, вызывавший движение воды от анода к катоду. При подаче раствора стекла и хлористого кальция к аноду и откачивания воды у катода грунт под башней превратился в монолит. Однако и этот способ не дал положительного результата, “Пизанская башня” продолжала падать с постоянной скоростью. Учёные и специалисты считают, что из-под наклонного основания башни вымывается 230 граммов грунта в год, что является причиной её медленного падения.
Город Пиза расстроился, население увеличилось в несколько раз – потребовалась вода. Воду выкачали из-под города, в том числе из-под Пизанской башни. В результате уровень грунтовых вод понизился до 100 метров, а башня имеет небольшую глубину погружения блоков фундамента. Проточной воды под башней нет [1]. И здесь непонятно, как из под фундамента башни грунт может вымываться.
Фундамент и стены её ярусов кольцевой формы. Высота башни 54,5 метра, диаметр 15,3 метра, глубина залегания фундамента от 2,5 метров с северной стороны до 4,3 метра с южной. Создаётся впечатление, что южная часть башни осела, а северная – поднялась. То, что старинные здания медленно погружаются в землю, это очевидно. И за примерами ходить далеко не надо. Все старинные сооружения, особенно высокие, но имеющие небольшие размеры фундамента, оседают и это заметно невооружённым глазом. На Пизанскую башню действует фактор прогиба плит материковых пород и фактор вспучивания фундамента. Башня уже наклонилась на 5 градусов и 19 минут (фиг. 2).
Профессор Пьеротти, итальянский профессор из Пизанского университета, доцент кафедры истории конструкций средневековых зданий, высказал мнение, что при невероятных “загадках” камня, из которого построена башня, и удивительном расположении блоков фундамента механизм её падения до конца ещё непонятен, хотя башня может рухнуть в любой момент.
Возникает вопрос. Почему ежегодно вымывается по 230 граммов грунта, ни больше, ни меньше? И тогда напрашивается мысль, что не вымывается, а наоборот, под одну часть фундамента башни вносится по 230 граммов грунта в год. И что это грандиозный розыгрыш человечества, сравнимый с тем, как будто кто-то пошутил и под башню подставил «домкрат с моторчиком мощностью 0,001 Ватта».
В результате возникла гипотеза: “Если кольцевой формы фундамент башни разделить на четыре сектора. Затем, например, с южной и северной стороны расположить мраморные блоки с относительно малым коэффициентом линейного расширения, а с восточной и западной – с большим, затем все блоки фундамента в верхней части увязать в прочную единую основу, то получится довольно оригинальный домкрат, работающий от разности изменения температуры воздуха в дневное и ночное время суток. Днём от солнца все блоки прогреваются, но не все они одинаково расширятся по высоте, в результате под блоками с северного сектора удельное давление почвы уменьшится и под него за сосётся и осядет грунт. Ночью температура упадёт, блоки с южной и северной стороны окажутся выше, чем с восточной и западной и под них под сосётся грунт. И так каждый день, в результате вершина башни будет откланяться по 4 микрона в сутки. Любое сооружение, построенное на таком основании фундамента, начнет медленно падать, и остановить такой домкрат будет не просто или вообще нельзя”.
Процесс падения башни можно сравнить с огромным слоном, стоявшим в узком стойле на четырех ногах, как Пизанская башня покоится на четырёх сегментных частях фундамента. Время от времени слон поднимает ноги, а ему только с одного бока под переднюю и заднюю ноги подсовывают доски до тех пор, пока слон не завалится на бок. Примерно так и Пизанская башня отклоняется, а под основание фундамента башни подтекает по 660 миллиграммов грунта в сутки.
Обычный песок и грязь с улицы не смогли бы подтечь под фундамент. Нужна мелкая дисперсная пыль, способная с основанием фундамента башни цементироваться, образуя монолит. Но откуда ей взяться под башней? На этот вопрос можно ответить, если обратить внимание на ступеньки лестницы, расположенные внутри стенки мраморной башни. Ступеньки лестницы стёрты башмаками туристов на шесть-восемь сантиметров. Вот откуда берётся дисперсный материал, подтекающий под фундамент башни. Эта дисперсная пыль, окутывая башню, как пчёлы улей, проникает через вентиляционные отверстия под северную часть фундамента и, смешиваясь с кислыми водами, оседает. Ночью фундамент остывает, и тогда восточная и западная части фундамента, имеющие больший коэффициент линейного расширения, становятся короче и зависают, опираясь на южную и северную части фундамента. А дисперсная пыль продолжает оседать и попадает под приподнятые блоки восточной и западной стороны. И так каждый день, в результате под фундаментом башни оседает 660 миллиграммов в сутки мраморной дисперсной пыли.
Каждая ступенька стёрта башмаками туристов на 7-8 сантиметров, образуя своеобразную сегментную впадину. Перемножив 230 граммов грунта в год на 830 лет, получится 190 килограмма грунта осело под основанием башни. Если учесть, что каждая ступенька по весу износилась на 5-6 килограммов, а их где-то 360, то, перемножив их, получим больше двух тонн мраморных ступенек превратилось в дисперсную пыль и этой пылью пропитана земля вокруг башни и вся внутренняя поверхность шахты диаметром около пяти метров. Через эту шахту когда-то звонарь тянул за канаты, звеня колоколами. По этой шахте и оседает облако дисперсной пыли. Даже если каждую ступеньку покрыть от износа специальным материалом, то башня будет продолжать падать, а запаса дисперсной пыли хватит не на одну сотню лет. И ни какие подпорки под башню и ухищрения людей не спасут её от падения. Она неминуемо должна упасть.
И ещё на одной гипотезе необходимо остановиться: «То, что Солнце и вода влияют на вспучивание почвы под отдельными сооружениями гражданского и промышленного значения известно давно. А вот какое влияние на них оказывает Луна? Луна ежесуточно вызывает морские приливы и отливы, достигающие до 2,5 метра. Поверхность Земли под действием Луны приподнимается вверх на 1 сантиметр. Скорость гребня волны – около 1700 км/час, – но этот гребень из-за вязкости земли отстает от Луны. Сооружение типа Пизанской башни, имеющее сигарообразную форму, чувствительнее реагирует на притяжение Луны. Ежедневно Луна, раскачивая башню не синхронно с гребнем волны, прессует дисперсную пыль, образуя монолит. И здесь следует сказать, что на медленное падение башни влияет конструктивная особенность фундамента, тепловое воздействие Солнца и притяжение Луны [5, 6, 7, 8 и 9].
Для подтверждения этих гипотез по фотографиям было изготовлено пять экспериментальных моделей “Пизанской башни” (фото 3), уменьшенных в сто и более раз [2, 10 и 11]. Фундамент экспериментальных башен был изготовил из четырех секторов, из материалов с разным коэффициентом линейного расширения. Башни размещались на стальном шлифованном основании, установленном под углом десять градуса и закрепленном на кирпичной стене здания. Под фундаментом башен размещались мелкие стальные шарики разных диаметров. Шарики, в зависимости от размеров, расположились рядами под тремя блоками фундамента. Четвертый, нижний блок, опирался на фиксатор основания, который использовался как своеобразный шарнир, через который должна была переворачиваться башня. На специальном кронштейне по ходу падения башни был установлен индикатор с ценой деления 0,005 миллиметра. Ножка индикатора упиралась в тело башни, а пружинка индикатора препятствовала падению башен (фото 3). И вершины экспериментальных башен начали откланяться-падать. График увеличения наклона башен совпал с падением самой башни Кампанелла, установленной в городе Пизе, о чём подтвердил профессор Пьеро Пьеротти из Пизанского университета.
Поскольку падающая Пизанская башня падает уже 830 лет. Общественность мира встревожена, все хотят спасти “чудо-башню”. Но местное духовенство не поддавалось на уговоры. И вокруг этой падающей башни получилась неразбериха, а духовенство и местные власти города изучили настроение туристов богатых стран мира и не скупились на рекламу, создавая вокруг башни ажиотаж. Министерство строительства и охраны памятников старины ищет пути спасения башни. А духовенство монастыря, в ведении которого находится башня, не хочет ни кого слушать. Ученые и духовенство спорят, а башня медленно падает. За 800 лет идея спасения башни так набила духовенству оскомину, что однажды они решили её продать. Американские бизнесмены предложили пизанскому духовенству за неё хорошую цену. Они хотели её разобрать и перевезти за океан. Но жители города Пиза так возмутились, что пообещали выгнать из города духовенство.
Жителям города падающая башня приносит огромную прибыль за счёт туристов. Поэтому они молятся богу, чтобы башня вдруг не прекратила падать. Однажды, при сильном землетрясении башня резко наклонилась, чуть не упала, постояла несколько мгновений и встала на прежнее место. А замеры показали, что её вершина за год наклонилась, как всегда, только на 1,5 миллиметра.
Многие солидные строительные фирмы хотели бы прославиться на фоне падающей башни и использовать её как рекламу. Эти фирмы готовы сами внести вклад, лишь бы принять участие в её спасении. И здесь следует вспомнить историю. Так в 1976 году кем-то образованная комиссия объявляет конкурс на лучший проект спасения башни. Проект, которому комиссия отдаст предпочтение, будет использован Министерством строительства Италии при работах по её спасению. Но в объявленном конкурсе имелись особые условия – проекты не должны предусматривать выпрямление башни или иметь дополнительные пристройки к ней. Кроме проектов участники конкурса должны перечислить залог в сумме ста тысяч долларов США на расчетный счёт конкурсной комиссии и представить справку о том, что фирма располагает необходимым оборудованием для проведения работ по её спасению, так как Министерство строительства Италии, возможно, не располагает таким оборудованием. На проценты от перечисленных денег комиссия, базирующаяся на коммерческой основе, проведёт квалифицированные заключения проектов, привлекая специалистов из местных и зарубежных фирм. На деньги от процентов в Пизу будут приглашаться представители проектов, а также специалисты из-за рубежа, внёсшие весомый вклад в познание причин медленного падения башни. По итогом конкурса за первые места предусмотрены премии. После подведения итогов конкурса залог в сумме ста тысяч долларов возвращается каждому участнику конкурса.
От солидных строительных фирм, разбросанных по всему свету, на конкурс поступило 22 проекта, а на расчётный счёт конкурсной комиссии они перечислили 2,2 миллиона долларов США, как на временное хранение.
В Пизу постоянно приезжали участники конкурса и разные учёные, высказывая свои предложения и строя гипотезы о причинах медленного падения башни. Всех их надо было встретить, устроить в гостинице, организовать экскурсии по падающей башне и, конечно, хорошо отметить приезд специалиста в ресторане. На банкет приглашались не только гости, но и местные жители и получалось солидное застолье. Заказывали, кто что хотел. В конце трапезы бармен приносил счёт-меню для оплаты в банке.
Представитель комиссии против каждого блюда и дорогой бутылки вина, а дешевых никто и не заказывал, ставил роспись, утверждая счёт. Как правило, из ресторана гостей провожали с сувенирами, а трезвых местных до своих авто с заказанным вином. И это была хорошая возможностью для “перекачивания” средств, поступающих от процентов вкладчиков конкурса [6].
И только в июне 2007 года башню одели в «корсет» из стальных тросов и 600-тонного свинцового противовеса. Одновременно со стороны северной стены убрали 70 тонн земли. В результате башня выпрямилась, а её вершина сместилась на 45 см, вернувшись к положению 1838 г. Председатель комитета по спасению Пизанской башни сеньор Сальваторе Сеттис заявил: « Конечно, мы молодцы! Без нашего вмешательства башня бы рухнула где-то между 2030 и 2040 годом, а так простоит ещё пару столетий лет» [12].
Однако, если учесть мнение учёных о том, что с южной стороны башни вымывается 230 граммов грунта в год, в результате она медленно падает, то проделанную работу по выпрямлению башни можно считать положительной. Но если башня падает по другому сценарию, т. е. наоборот, под северную часть фундамента всасывается 230 граммов дисперсной пыли, то в результате этих работ устойчивость башни нарушилась.
Дело в том, что, убрав 70 тонн земли с северной стороны, твёрдая спрессованная дисперсная пыль, образующая с материковой породой монолит под северной частью башни, нарушилась и частично сползла в сторону выбранного грунта, северная часть башни осела, а вершина башни отклонилась на 45 см. к северу, но и ось), через которую «кувыркается» башня, падая на юг, тоже сместилась к северу. Но на сколько? Это трудно сказать, тем более что эта ось теперь может самопроизвольно смещаться из-за перераспределения удельного давления под фундаментом башни. В тот момент, когда Солнце и Луна окажутся рядом с южной стороны от башни, сила притяжения башни от них по закону всемирного тяготения составит порядка 1000 Н, плюс сильный северный ветер, и, учитывая неустойчивую основу почвы под фундаментом и рычаг приложения этой силы равный 30 метров, крутящий момент, переворачивающий башню, окажется значительным. И башня «Кампанелла» в любой момент может рухнуть. Свинцовый же противовес весом 600 тонн, составляющий всего 4 % от веса башни, вряд ли удержит её от разрушения.
х) До момента, когда убрали 70 тонн земли, ось, через которую переворачивалась башня, находилась на расстоянии 40 – 60 миллиметров от плоскости, проходящей через центр тяжести башни (С ' С ", рис 2).
Список литературы
1. Баева Е. Узник Пизанской башни – инженер-проектировщик Давид Ильич Малков. Газета «Московский комсомолец», 16 октября 1994, на 2 стр.
2. Федотов П.И. Афера «Пизанская башня». – М.: Граница, 2005. – 704 с.
3. Enzo Carli. Il Campanile di Pisa. (Discorso tenuto nell` Abbazia di San Zeno a Pisa il 20 ottobre 1973 nella ricorrenza dell`ottavo centenario della fondazione della torre pendente). – Pisa: Pacini Editore, 1973. – 30 p.
4. La stabilita` della Torre di Pisa. (Sintesi delle Attivita` svolte dalle commissioni Miniserial). – Roma: Istituto Poligrafico e Zecca dello Stato, 1979. – 83 p.
5. Roberto Galli. E` la nuovateoria dello studioso sovietico Fedotov. “Ma se pende e` colpa Luna”. Il Tireno. Sabao 21 ottpbre 1989. – 7 p.
6. Федотов П.И. Виктория. – М.: Граница, 2006. – 592 с.
7. Valeria Galdelli. E` tutta colpa dtlla Luna. La Nazione, № 287. Sabato 21 ottobe 1989.
8. La nuova ipotesi di uno studioso sovietico. “La causa dell`inclinazione e` negli influssi della luna”. La Repubblica. Sabato 21 ottobre 1989. – 9 p.
9. Daniela Grondona. Studioso sovietico: “Ho un segreto che salvera` la Torre” Cura russa per Pisa. La Stampa. Martedi 31 ottobre 1989. – 11 p.
10. Авторское свидетельство на изобретение № 1687281 «Падающая Пизанская башня». Автор Федотов П.И. Опуб. 30.10.91. Бюллетень изобретений № 40.
11. Пицык Ю. Фундамент прослужит дольше. Газета «Знамя строителя» № 62 Суббота, 2 июня 1979. – 4 с.
12. Архитектура: «Поймай меня, если сможешь». Газета «Мир новостей», 21 августа 2007.