Strona główna / Warto wiedzieć / Przechył kontrolowany

GP #19, 11 września 2010 r.

Przechył kontrolowany

Przez ostatnie dwie dekady dziś 72-letni, emerytowany profesor geotechniki John Burland z londyńskiego Imperial College starał się uratować – i zrozumieć – Krzywą Wieżę w Pizie. Walcząc po drodze z grawitacją, włoską biurokracją i oskarżeniami o korupcję, dopiął w końcu celu: rozwiązał jedną z najbardziej fascynujących zagadek w historii architektury.

MONIKA PAWLAK

Zamek w Niedzicy
Krzywa Wieża w Pizie

Od 1990 do 2001 r. Krzywa Wieża – zabytek Światowego Dziedzictwa Kulturowego UNESCO – pozostawała zamknięta dla zwiedzających, decyzją Międzynarodowego Komitetu Ratowania Wieży w Pizie, powołanego przez włoski rząd w celu odkrycia, zaprojektowania i realizacji koniecznych prac stabilizacyjnych. Liczba odwiedzających miasto spadła wówczas o 45 procent, trudno się więc dziwić, iż zarządzenie to spotkało się z silną presją ze strony opinii publicznej z żądaniem ponownego szybkiego otwarcia obiektu. Naciskom nie poddano się jednak, gdyż eksperci do spraw renowacji ostrzegali przed pochopnymi i nieprzemyślanymi odpowiednio decyzjami. Wieża była bliska zawalenia się i bez jakiejkolwiek interwencji nawet burza czy lekki wstrząs podziemny mogły spowodować jej ruinę.

Komitet został wprawdzie rozwiązany w 2001 r., ale dopiero w ubiegłym roku pojawiły się oficjalne, długo oczekiwane relacje z prowadzonych przez niego prac. Po pierwsze – ogłoszono, że wieża została w pełni ustabilizowana, a jej przechylanie się powstrzymano, i po wtóre – ukazał się obszerny 1000-stronicowy raport The Tower Restored, którego współautorem jest cały Komitet, opisujący krok po kroku wszystkie działania, jakie zostały podjęte w celu ratowania chylącej się ku upadkowi – dosłownie! – budowli.

Ponieważ oryginalne protokoły z posiedzeń Komitetu nigdy nie zostały podane do publicznej wiadomości, brak jakichkolwiek informacji sprowokował ciągnące się przez dwie dekady oskarżenia o jego rażącą niekompetencję i podejrzane interesy, szczególnie po pamiętnym wrześniu 1995 r., kiedy omal nie doprowadzono do zawalenia się wieży. Opublikowany w ubiegłym roku raport jest więc przy okazji kompleksową, acz spóźnioną odpowiedzią Komitetu na stawiane mu zarzuty. I oczywiście na nowo ożywił burzę dyskusji i kontrowersji.

Krzywa Wieża – Torre Pendente – będąca dzwonnicą (kampanilą) stanowi część zespołu katedralnego obejmującego ponadto katedrę, baptysterium i cmentarz, wzniesionych dla upamiętnienia zwycięstwa, jakie Piza – wówczas potężna republika nadmorska – odniosła nad Saracenami z Sycylii na początku XII wieku. Kampanila liczy sobie 55,86 m wysokości, osiem kondygnacji i zbudowana jest na planie okręgu. Środkowe piętra otoczone są ażurowymi galeryjkami. Na jej szczyt wiedzie 296 stopni.

Budowa wieży rozpoczęła się w 1174 r., jednakże prace wstrzymano, gdy budowla miała zaledwie trzy piętra, gdyż już wtedy zaczęła się przechylać. Prace ponownie ruszyły po ok. 90 latach, a ukończono je w 1350 r., kiedy na szczycie zawieszono dzwon.

Około roku 1370, a zatem 20 lat po zakończeniu budowy dzwonnicy, jej nachylenie znacząco wzrosło. W 1817 r., kiedy brytyjscy architekci Cresy i Taylor dokonali pierwszych odnotowanych pomiarów przy użyciu pionu, nachylenie wieży wynosiło już 4,9°. W roku 1859 Rohault de Fleury dokonał kolejnego pomiaru, uzyskując wartość znacznie wyższą niż Cresy i Taylor. W okresie pomiędzy tymi dwoma pomiarami architekt A. Gherardesca wydobył grunt wokół fundamentu, tworząc tak zwane catino. Chciał odkryć osiadający fundament. Wykopanie catino poważnie zagroziło stabilności wieży i spowodowało nagły wzrost jej nachylenia.

Długoterminowy, stały wzrost nachylenia przerywany był co najmniej dwukrotnie. Za pierwszym razem – w 1935 r. – miało to związek z wtłoczaniem cementu w fundament i grunty otaczające catino w celu wzmocnienia gruntu, za drugim natomiast – we wczesnych latach 70. – wiązało się z odpompowywaniem wód podziemnych powodujących opadanie całej równiny Pizy. Zamknięcie pewnej liczby studni w sąsiedztwie wieży zatrzymało szybki wzrost nachylenia. Mimo tych dwu czasowych stabilizacji oraz kilku pomniejszych, tempo pochylania się wieży niemal podwoiło się od 1938 do 1993 r. We wczesnych latach 90. nachylenie wynosiło około 5,5°.

Katedra, baptysterium i dzwonnica w Pizie – wczesne arcydzieła architektury romańskiej – stanowią może najlepsze trio zabudowy katedralnej na świecie, ale trudno byłoby je wznieść w mniej stabilnym miejscu – zwłaszcza 15,000-tonową wieżę, posadowioną na fundamencie o powierzchni 200 m2. Wyraźnie szaleństwo i geniusz szły tutaj w parze.

Piza leży na cienkiej warstwie miękkiego łupku mulastego, nad grubym pokładem jeszcze bardziej miękkiej gliny. Praktycznie jest to torfowisko i tylko długie przerwy w okresie budowy wieży – co pozwoliło leżącej pod spodem warstwie ziemi osiąść, stopniowo dostosowując się do wagi posadowionej na niej budowli – zatrzymały jej natychmiastowe zawalenie się.

Dzwonnica pochylała się od początku. W samym tylko wieku XIX odsunęła się od swej osi o metr w kierunku południowym. (Na przestrzeni wieków dumni pizańczycy głosili, iż trzyma ją tylko Bóg – z miłości do swego miasta; nazwa Piazza dei Miracoli – Plac Cudów, na którym stoi, wydaje się więc adekwatna.) Jednakże dopiero upadek weneckiej wieży dzwonniczej San Marco w 1902 r. sprawił, że władze – lokalne w Pizie i krajowe w Rzymie – przestały wierzyć w cuda i obudziły się z letargu. Wreszcie zarządzono badania. Odbywały się one na przestrzeni całego XX wieku – w sumie powołano 16 różnych komisji, jednak żadna z nich – z wyjątkiem ostatniej, w której skład wchodził prof. Burland – nie potrafiła dociec przyczyny pochylania się wieży. Efektem ich działania była przede wszystkim konfuzja i szereg dziwacznych propozycji, jak choćby umocowanie na szczycie dzwonnicy balonu napełnionego helem, który miał ją trzymać w pionie, albo przebudowy placu skośnie do kierunku jej pochylenia, aby stworzyć złudzenie optyczne, że wieża stoi w idealnie prostej pozycji.

Komisje prześcigały się w badaniu możliwych sposobów stabilizacji budowli. W latach 1934-35 w kamienny fundament wieży wtłoczono 100 ton cementu i 21 m3 chemicznej zaprawy w grunt. Interwencja ta zakończyła się sukcesem: zatrzymano napływ wody do catino. Ceną, którą trzeba było za to zapłacić, był jednak nagły wzrost nachylenia wieży. Po II wojnie światowej stało się jasne, że dzwonnica wciąż się przechyla. W późniejszych latach proponowano jeszcze inne rozwiązania, ale żadne z nich nie zostało wzięte pod uwagę, gdyż wszystkie były silnie inwazyjne i naruszałyby integralność zabytku.

W 1989 r. nastąpiło kolejne spektakularne zawalenie się wieży we Włoszech – tym razem Wieży Miejskiej w Pavii, która runęła z powodu osłabienia wielowiekowych murów, zabijając przy tym pięć osób. W efekcie zaczęto poświęcać więcej uwagi bezpieczeństwu wieży w Pizie. Nagle wszystkich olśniło, że i ona równie dobrze może się zawalić z powodu słabnącej konstrukcji, co zbyt dużego kąta odchylenia od pionu. Rzeczywiście, pochylenie Torre Pendente spowodowało nadmierne naprężenie w południowej części pierwszego piętra, w wyniku którego zaczęły już tam pękać mury.

To w końcu postawiło kropkę nad „i”. W 1990 r. ówczesny premier Włoch Giulio Andreotti nakazał zamknięcie wieży dla zwiedzających. Powołał też niezależną, interdyscyplinarną komisję – Międzynarodowy Komitet Ratowania Wieży w Pizie, składający się z historyków sztuki, konserwatorów, inżynierów konstrukcji budowlanych i geotechniki. Przewodniczył jej prof. Burland, który wcześniej pomógł uratować przed zniszczeniem Big Bena w trakcie rozbudowy londyńskiego metra. Mając do dyspozycji olbrzymi budżet, członkowie komisji mieli wspólnie opracować i zrealizować niezbędne prace stabilizacyjne.

„Do pracy przystąpiło 14 osób z wielkim ego, na dodatek reprezentujących odległe i niewiele mające ze sobą wspólnego dziedziny – wspomina Burland. – Dał też o sobie znać temperament południowców. W przeciwieństwie do racjonalnej dyskusji w stylu angielskim, nasze spotkania pełne były ciągnących się godzinami i niezwykle emocjonalnych polemik w języku włoskim. Moi tłumacze często nie mogli nadążyć za resztą dyskutantów, więc bywało, że nie miałem pojęcia, o co się kłócimy.”

Ogólnie rzecz biorąc, konstruktorzy nie godzili się z geotechnikami co do tego, czy sedno problemu leży w samej wieży, czy też w znajdującym się pod nią gruncie, a jedni i drudzy stali w opozycji do historyków sztuki, którzy obawiali się fizycznej interwencji w jakiejkolwiek formie i domagali się, by charakter i integralność dzwonnicy pozostały nienaruszone. Ustawienie na stałe wspornika, na przykład, absolutnie nie mogło wchodzić w rachubę.

„Byliśmy w ciągłym impasie. Często miałem wątpliwości, że kiedykolwiek znajdziemy rozwiązanie, co do którego wszyscy będziemy zgodni” – wspomina Burland, jeden z dwóch nie-Włochów w komisji. Drugi, amerykański inżynier geotechnik, zmarł na atak serca w 1996 r., częściowo wywołany przez stres podczas pracy w Pizie.

Członkowie komisji spotykali się tylko raz na sześć tygodni. Początkowo nie mogli nawet znaleźć programu komputerowego, który „zaakceptowałby” stojący budynek odchylony od osi o 4,7 m. Co gorsza, Andreotti zakazał komisji podejmowania jakiejkolwiek dyskusji publicznej, a to spowodowało ostrą krytykę za brak aktywności ze strony trzymanych w niewiedzy oponentów.

Świadomie, że potrzeba długiego czasu, by wymyślić, zaprojektować i zrealizować szereg stałych pomiarów stabilizacyjnych, Komitet podjął decyzję o zastosowaniu tymczasowych i w pełni odwracalnych interwencji w celu lekkiego poprawienia bezpieczeństwa wieży. W 1992 r. wokół pierwszego piętra założone zostały obręcze ze stali, odprężające narażone na pękanie mury, a między majem 1993 r. i lutym 1994 r. na północnej granicy podstawy wieży umieszczono obciążenie o wartości 600 ton w postaci ołowianych sztabek. Spowodowało to zmianę nachylenia o 48”.

Jednakże obydwa rozwiązania, w szczególności ołowiane sztaby, rozdrażniły włoską opinię publiczną, która uważała, że zniekształcają smukłą, bella figura (imponującą) sylwetkę wieży. W odpowiedzi na te protesty, w 1995 r. komisja zdecydowała się na założenie 10 stalowych zakotwień, które miały przeciągnąć wieżę na północ. Nikt nie przypuszczał wówczas, że przywiedzie to wieżę bliżej upadku niż kiedykolwiek wcześniej. Wydarzenie to określane jest do dzisiaj jako „czarny wrzesień”.

Kotwy miały zostać zainstalowane na głębokości 40 m na odciągach połączonych z wieżą u jej podstawy. W związku jednak z wysokim poziomem wód gruntowych w Pizie, zanim przystąpiono do instalacji, aby uchronić wykopy przed zalaniem, teren wokół wieży został zamrożony ciekłym azotem. Tyle że woda zamarzając powiększa swoją objętość, więc kiedy mrożenie zakończono i lód się stopił, w gruncie wytworzyły się luki, w które zaczęła osadzać się wieża. W nocy z 7 na 8 września 1995 r. przechyliła się w kierunku południowym bardziej niż w trakcie całego poprzedniego roku. Zaczęto stawiać zakłady, że wieża nie przetrwa do XXI wieku. „Naprawdę byliśmy bliscy jej utracenia” – wspomina Burland. Plan założenia kotew został natychmiast porzucony. W zamian dołożono kolejne 300 ton ołowiu w sztabach. Wieża – niepewnie wprawdzie, ale nadal – stała.

Mimo to, opinia publiczna znów podniosła larum, a burmistrz Pizy oświadczył, że „hydraulik naprawiający toalety poradziłby sobie lepiej”. Co gorsza, ponieważ karta praw komisji musiała być ratyfikowana co trzy miesiące przez włoski parlament, Burland i jego współpracownicy spędzili koniec 1995 i początek 1996 r., roku wyborów, bezczynnie – w oczekiwaniu na nowy rząd, by ponownie ich ukonstytuował.

W międzyczasie ogólna niechęć do prac komisji, by nie powiedzieć krucjata przeciwko niej, trwała nadal, a wzburzenie eskalowało do tego stopnia, iż samochody kilku jej członków zostały obrzucone pomidorami. Jeden z głównych lokalnych historyków w Pizie, Piero Pierotti, zarzucił im korupcję. Do dziś twierdzi, iż do czasu „czarnego września” podjęte przez komisję działania miały głównie na celu nie tyle ratowanie wieży, co zapewnienie wysoko płatnych kontraktów zaprzyjaźnionym wykonawcom.

W raporcie The Tower Restored komisja odpiera te zarzuty i absolutnie im zaprzecza podkreślając, że tak obręcze w 1992 r., jak ołowiane sztaby w 1993 i kotwy w 1995 r. były od początku traktowane jako rozwiązania tymczasowe w celu zapobieżenia natychmiastowemu zawaleniu się konstrukcji wieży do chwili, kiedy znalezione zostanie ostateczne, bardziej radykalne i długoterminowe rozwiązanie.

Prof. Burland szczegółowo przestudiował niektóre możliwe sposoby zmniejszenia nachylenia i ostatecznie zdecydował się na wybranie małych objętości gruntu spod północnej części fundamentu. Spośród wielu zalet rozwiązanie to było idealne dla zachowania formalnej, historycznej i materiałowej integralności zabytku. Testy modelowe oraz liczne analizy potwierdziły słuszność przyjętego rozwiązania, zachęcając Komitet do podjęcia eksperymentu na wielką skalę, rozwinięcia wyposażenia i odkrycia niezbędnych procedur technologicznych.

Eksperyment wstępnego drążenia przy użyciu delikatnych śrub Archimedesa odbywał się od lutego do czerwca 1999 r., kiedy to z dwunastu wykonanych pod kątem otworów wydobyto 7 m3 gruntu – 71% z północnej części wieży, a 29% spod fundamentu. Do czerwca 1999 r., kiedy próba się zakończyła, wieża obróciła się w kierunku północnym o 90”, a do połowy września obrót powiększył się do 130”. W tym czasie usunięto trzy z 97 ołowianych sztabek i od tej pory obserwowano jedynie nieznaczne ruchy wieży. Eksperyment zakończył się sukcesem.

„Presja była ogromna. Cud nowożytnego świata był zagrożony, ale ani przez chwilę nie miałem wątpliwości co do właściwości takiego kroku” – mówi prof. Burland.

Po tak pozytywnych rezultatach wstępnego drążenia Komitet przystąpił do drążenia pełnego. W jego trakcie technicy na bieżąco monitorowali dane ze 120 czujników umieszczonych wewnątrz i pod wieżą, a prof. Burland nadzorował każdy krok. Raporty ze wszystkimi odczytami wysyłane były faksem do jego londyńskiego biura dwa razy na dobę (lub tam, gdzie w danej chwili przebywał, nawet na wakacjach), po czym po odpowiednich analizach i przeliczeniach wydawał on polecenie, gdzie i jakie rodzaju wiercenia należy kontynuować w ciągu najbliższych 12 godzin. Do czasu, kiedy pracę uznał za zakończoną, minęły dwa lata, wysłanych zostało 1500 faksów, usunięto 70 ton ziemi, a wieża powróciła do swego pochylenia z początku XIX wieku, tuż przed wykopaniem catino.

„Mogliśmy usunąć więcej ziemi, ale naszym celem było zabezpieczenie wieży przy możliwie jak najmniejszej interwencji” – twierdzi prof. Burland. Usunięcie gruntu pozwoliło przechylić wieżę z powrotem o 50 centymetrów – do 4 metrów odchylenia od osi – wartość, która zmniejszyła kąt nachylenia i naprężenie murów pierwszego piętra tak, że były bezpieczne, a jednocześnie utrzymane zostało charakterystyczne pochylenie budowli.

Prace oficjalnie zostały zakończone 17 czerwca 2001 r., w święto San Ranieri, patrona Pizy. Wieża miała zostać ponownie otwarta dla turystów 12 września, ale ostatecznie stało się to dopiero w grudniu; pierwotna data – dzień po upadku dwóch wież WTC w Nowym Jorku – wydawała się niepomyślna i nie na miejscu.

„Wieża jest bezpieczna na następne 200 lat” – ogłosił rozwiązujący się Komitet (tyle właśnie czasu zająłby powrót do nachylenia z 1999 r., gdyby budowla zaczęła przechylać się ponownie w tym samym tempie co wcześniej). Usunięcie gruntu wstrzymało wprawdzie upadek wieży na dwa stulecia, ale nie zatrzymało samego procesu jej pochylania się. Burland pracował więc nadal nad rozwiązaniem tego problemu.

Szczegółowa analiza uzyskanych na przestrzeni lat – przez wszystkie komisje – danych pozwoliła mu stwierdzić, że poziom wody w mulistych i piaszczystych warstwach gruntu jest trochę wyższy na południe niż na północ od wieży. Ponadto ulega on nagłym i znaczącym wahaniom – po intensywnych opadach deszczu poziom wody podnosi się i różnica między północą a południem zdaje się zanikać, wywierając na wieży delikatne odchylenie w kierunku południowym. Wielokrotnie zaobserwowano, że podniesienie poziomu wody związane z obfitymi opadami deszczu powoduje niewielki i niemal natychmiastowy obrót wieży w kierunku południowym. Po takim zdarzeniu obrót wieży nie powracał całkowicie do stanu poprzedniego – stopniową akumulację takich małych obrotów prof. Burland uznał więc za jeden z głównych powodów stałego wzrostu nachylenia, jaki wieża odnotowała w przeszłości. W celu eliminacji lub złagodzenia tego procesu konieczne były, według niego, kontrole ruchów poziomu wód.
Wykonano więc drenaż na warstwie żwirowej pod catino. Składał się on z trzech studni wywierconych przy północnej części wieży, około 1 m na zewnątrz obwodu catino. Wykonano go między kwietniem i majem 2002 r. Zapoczątkował on późniejszy obrót wieży w kierunku północnym o ponad 100”. Drenaż pozwolił na ustabilizowanie i obniżenie poziomu wód gruntowych tak, że nie waha się on teraz w żadną stronę.

Nachylenie wieży monitorowane jest obecnie na bieżąco, 24 godziny na dobę – dane wskazują, że wieża nie ruszyła się ani trochę od 2003 r. „Przechył został całkowicie zatrzymany. Po usunięciu gruntu i stabilizacji przepływu wód gruntowych wieża jest bezpieczniejsza niż kiedykolwiek wcześniej” – mówi Burland z mieszaniną dumy i ulgi.

Pizańczykom jednak trudno dogodzić. Niektórzy oskarżają profesora i jego współpracowników o „sterylizację” wieży – jej dawny urok leżał przecież m.in. w tym, iż mogła runąć w każdej chwili, a zatem i w ekscytacji, że przypadkowy przechodzień mógł zostać świadkiem jej upadku. Najwyraźniej trudno wszystkich jednocześnie zadowolić...

Tymczasem w Zjednoczonych Emiratach Arabskich deweloperzy prześcigają się z budową coraz wyższych i coraz bardziej opierających się (jakby się mogło wydawać) grawitacji budynków. Do Księgi Rekordów Guinnessa trafił dopiero co – jako najbardziej pochylona budowla na świecie – olbrzymi, komputerowo spreparowany budynek ze stali, Gate Capital w Abu Dhabi, o przechyleniu cztery razy większym niż dzwonnica w Pizie. Krzywa Wieża, mimo swojego podeszłego wieku 800 lat, jest więc jak najbardziej à la mode. Nieźle jak na budowlę, która w założeniu wcale nie miała się przechylać.