М'який ґрунт захистив Пізанську вежу від землетрусів

Група геологів і інженерів встановила, яким чином Пізанська вежа змогла перенести кілька великих землетрусів з моменту своєї споруди і при цьому не впасти і навіть не отримати ніяких пошкоджень. Виявилося, що до такої аномальної стійкості вежі призвела динамічна взаємодія між жорсткою структурою вежі і м'яким ґрунтом, який спочатку і став причиною її нахилу, повідомляється на сайті Брістольського університету.

Пізанська вежа будувалася майже два століття - з 1173 по 1360 рік. Ще під час будівництва через помилки при проектуванні і нерівномірної структури занадто м'якого ґрунту вежа стала нахилятися. Тим не менш, будівництво довели до кінця, після чого вежа продовжувала повільно нахилятися. Максимальний крен споруди сягав 5,3 градуса, проте зараз фундамент вежі зміцнили, і її нахил оцінюється приблизно в 3,5 градуса.

Відомо, що з 1280 року в Тоскані, де розташовується «падаюча» вежа, стався, як мінімум, 4 великих землетруси, наприклад великий землетрус у серпні 1846 року, проте унікальна споруда перенесла їх всі, не впавши і навіть не отримавши ніяких ушкоджень. Незважаючи на те, що висловлювалися різні версії причин аномальної стійкості конструкції вежі до землетрусів, однозначного виведення на цей рахунок до сьогоднішнього дня зроблено не було.

Геологи та інженери з Італії та Великобританії під керівництвом Камілло Нуті (Camillo Nuti) з Третього університету Риму уважно вивчили властивості конструкції самої вежі і ґрунту, на якому вона стоїть, і дійшли висновку, що стійкість вежі до землетрусів пов'язана з динамічною взаємодією між спорудженням і грунтом (soil-structure interaction). М'який ґрунт, який спочатку став причиною нахилу вежі, взаємодіючи з жорсткою конструкцією всієї вежі, призводить до того, що амплітуда і частота коливань конструкції змінюються і не входять в резонанс з коливаннями грунту.

До такої взаємодії призводять дуже слабка схильність основи масивної конструкції деформацій і можливість взаємного впливу конструкції і рухомого ґрунту один на одного за рахунок інерційних сил. Для більшості систем (особливо для відносно легких будівель на твердому ґрунті) цей ефект зневажливо малий, проте в даному випадку механічні характеристики вежі і ґрунту призводять до того, що руйнівний ефект землетрусів пригнічується.

Поки про результати дослідження повідомлялося тільки на декількох міжнародних семінарах. Офіційно вони вперше будуть представлені на 16-й Європейській конференції з інженерної сейсмології в червні цього року.

Зараз для того, щоб підвищити стійкість будівель до землетрусів, часто застосовуються досить складні технологічні пристосування. Наприклад, японські інженери для збільшення стійкості хмарочосів запропонували використовувати на них систему противаг, які допомагають будівлям зменшити вібрацію при довготривалих коливальних рухах ґрунту.