مقدمه
برجی را فرض کنید که بر روی زمینی نهاده شده است که شامل مواد انسجام یافته ای از ژله و یا اسفنج می باشد و این مواد در عمق زمین با یکدیگر سایش دارند. انحراف برج به طور بی امان به سوی محلی که در نهایت خواهد افتاد، در حال افزایش است. هر پارازیتی در زمین در سمت انحراف برج باعث واژگونی برج خواهد شد. از این بدتر اینکه مصالحی که برای ساخت برج بکار گرفته شده آنقدر شکننده است که هر فشاری که به سبب انحراف برج بوجود می آید باعث فرو ریختگی ساختاری برج می شد این تصویر وضعیت انحراف برج پیزا را نشان می دهد و اینکه چرا تثبیت آن کنکاش مهندسین عمران را برانگیخته است.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
جزئیات برج و تاریخچه زمین
تصویر شماره 1، برش عرضی (یابرش مقطعی) از برج 14500 تنی را نشان می دهد که یک برج ناقوس در مجاورت کلیسای جامع است. برج تقریباً 60 متر ارتفاع داردو قطر پی آن 6/19 متر است پی ها در حدود 5/5 درجه به سمت جنوب شیب دارند و قرنیز هفتم در زمین در حدود 5/4 متر آویزان است.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
سطوح درونی و بیرونی برج استوانه ای با مرمر پوشانده شده است اما فضای بین این پوشش با خرده سنگ و گل و آهک که در میان آنها خلل و خرج بسیاری دیده می شود، پر شده است. یک پلکان مارپیچی، انحناء یافته در این دوایر وجود دارد.
زمین زیر برج (تصویر شماره2) از سه لایه متمایز تشکیل شده است. لایه A در حدود 10 متر ضخامت دارد و عمدتاً از رسوبات نرم شنی دهانه رودها و گل و لای رسی که از حالات جزر و مدی به جا مانده اند، تشکیل شده است. بر اساس گونه های نمونه برداری شده و آزمایشهای مخروط به نظر می رسد.
جنس مواد جنوب برج نسبت به شمال برج که تراکم بیشتری دارد بیشتر از جنس رس باشد.
لایه B خاک رس نرم و حساسی است که به طور طبیعی با خاک رس دریایی آمیخته شده است. خاک رسی که با نام پانکون شناخته می شود و حدوداً تا عمق 40 متری گسترش یافته است.
این مواد بسیار حساس هستند و اگر دچار آشفتگی شوند استحکام خود را از دست می دهند. لایه C، شن متراکم است که تا عمق قابل توجهی گسترش یافته است. سفره آب در گستره لایه A بین 1 تا 2 متر زیر سطح زمین قرار دارد.
سطح روی خاک رس پانکون که در زیر برج به شکل مقعر شده است نشان می دهد که میانگین نشست بین 5/2 و 3 متر است. که دلیل معتبری است که نشان می دهد چقدر زمین زیر برج نرم است.
تاریخچه برج:
کار بر روی برج در تاریخ 9 آگوست سال 1173 آغاز شد. تا سال 1178 کار ساخت تا حدود کل کار تا طبقه چهارم پیش رفته بود که کار متوقف شد دلیل توقف کار مشخص نشد، اما می بایست بیش از این ادامه می یافت و توانایی تحمل برج بر روی خاک رس پانکون مورد آزمایشی قرار می گرفت. کار دوباره در سال 1272 زمانیکه استحکام خاک رس به واسطه تحکیم رس زیر وزن برج افزایش یافته بود. در حدود سال 1278 هنگامی کار ساخت به هفتمین قرنیز رسید شاید به دلیل فعالیت ارتشی دوباره کار متوقف شد. جای هیچ شکلی وجود نداشت که کار باید ادامه می یافت، سرانجام برج سقوط می کرد. در سال 1360 کار بر روی اتاقک زنگ آغاز شد و در سال 1370 تقریباً 200 سال بعد از شروع کار کامل شد.(تصویر شماره3)
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
محور برج مستقیم نیست و این نشان دهنده این است که فراموسون برای تغییر شیب از ساختار اولیه باید اصلاح شوند.
هندسه برج بازسازی انحراف برج بکار گرفته می شد. در ابتدا در سال 1272 وقتی که کار بازسازی برج دوبار آغاز شد برج کمی به سمت شمال به مقدار قابل ملاحظه ای در حدود 0.6 درجه انحراف پیدا کرد هنگامی که کار بازسازی ادامه پیدا کرد، بعد از آن برج آهنگ فزاینده ای بدست جنوب منحرف شد. در سال 1278 هنگامی که بازسازی به قرنیز هفتم رسید، برج در حدود 6/0 درجه کج شد. در طول 90 سال وقفه، انحراف در حدود 6/1 درجه افزایش یافت. بعد از تکمیل اتاق ناقوس تقریباً در سال 1370، انحراف برج به طور شگرفی افزایش یافت. در سال 1814 سنجش شاغول توسط 2 مهندس انگلیسی به نامهای کرسی و تایلور ساخته شد و آنها انحراف برج را به 5% رساندند. اندازه گیری های بیشتر توسط مهندس فرانسوی در سال 1859 نشان داد که خاکبرداری از (کاتینو) توسط گراردسکا در سال 1838 باعث افزایش قابل ملاحظه ای در انحراف برج در حدود درجه شد.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)