چرا برج کج پیزا سقوط نمی‌کند؟

برج کج پیزا یکی از شاخص‌ترین نمادهای ایتالیا است.

اما این تنها سازه‌ای نیست که به یک سمت متمایل شده است. از خانه‌های رقصان در هلند گرفته تا پاگودای تپه ببر در چین، بناهای کج در گوشه‌وکنار جهان وجود دارند.

اما چرا این ساختمان‌ها کج می‌شوند؟ و چرا این موضوع لزوما به معنای فرو ریختن آن‌ها نیست؟

چرا بعضی ساختمان‌ها کج می‌شوند؟

به گفته دکتر مندی کورف، دانشیار مهندسی ژئوتکنیک در دانشگاه فناوری دلفت و موسسه دلترس در هلند، سازه‌ها به دلایل مختلفی ممکن است به یک سمت متمایل شوند.

در برخی موارد، مانند «خانه‌های رقصان» مشهور هلند، دلیل آن نوع پی‌هایی است که استفاده شده‌اند.

خانم کورف می‌گوید: «در مرکز شهر آمستردام، بیشتر خانه‌ها روی پایه‌های چوبی ساخته شده‌اند.»

او توضیح می‌دهد که این پایه‌های چوبی به ‌صورت جفت زیر دیوارها و نمای ساختمان نصب می‌شوند.

این پایه‌های چوبی تا عمق ۱۲ متری خاک فرو می‌روند؛ خاکی که از رس نرم، پوده یا ماسه تشکیل شده است.

او می‌گوید: «اگر شرایط همین‌طور باقی بماند و پایه‌های چوبی سالم بمانند، اتفاقی برای خانه‌ها نمی‌افتد.»

اما او توضیح می‌دهد اگر این پایه‌ها شروع به فرسوده شدن یا پوسیدن کنند، ترک‌هایی ظاهر می‌شود و فرسایش نامتوازن یا توزیع نابرابر وزن می‌تواند به ‌مرور زمان باعث کج شدن ساختمان‌ها شود.

ماجرای پیزا

شرایط خاک نیز می‌تواند باعث کج شدن ساختمان‌ها شود؛ همان اتفاقی که برای برج مشهور پیزا رخ داده است.

نونتسیانته اسکولیا، استاد مکانیک خاک و پی‌سازی در دانشگاه پیزا، عضو تیمی است که انحراف برج را زیر نظر دارد.

آقای اسکولیا در گفت‌وگو با بی‌بی‌سی گفت: «برج از همان آغاز ساخت، به ‌دلیل نرمی بیش از حد خاک شروع به کج شدن کرد. برج بین سه تا چهار متر نشست کرد.»

ساختمان‌ها همچنین ممکن است به‌ دلیل دخالت انسانی در ساختار خاک کج شوند. برای نمونه برج کلیسای قدیمی در شهر دلفت به این دلیل کج شده است.

خانم کورف می‌گوید: «این برج کمتر شناخته شده است، اما تقریبا به همان شکلی کج شده که برج پیزا کج شده است.»

او توضیح می‌دهد: «این برج به سمت کانال خم شده، چون خاک یک سمت برای ساخت کانال برداشته شده بود و در نتیجه آن سمت نرم‌تر است. بنابراین فشار کمتری برای نگه داشتن ساختمان در حالت عمودی وجود داشت و وقتی آن را ساختند، شروع به کج شدن کرد.»

تغییرات آب‌های زیرزمینی نیز می‌تواند باعث کج شدن ساختمان شود. و گاهی هم، به گفته خانم کورف، ساختمان‌ها عمدا به‌صورت کج ساخته می‌شوند.

او می‌گوید: «بسیاری از خانه‌های آمستردام به سمت جلو متمایل ساخته شده‌اند، چون در گذشته خانه‌های بازرگانان را به همین شکل می‌ساختند.»

او افزود: «این خانه‌ها اغلب کنار کانال‌ها برای انبار کردن کالا ساخته می‌شدند و برای این ‌که انتقال بار به داخل خانه آسان‌تر باشد، عمدا آن‌ها را متمایل به جلو می‌ساختند. بنابراین اگر ساختمانی به جلو خم شده باشد، الزاما مشکلی وجود ندارد. اما وقتی به پهلو خم شود، مطمئن می‌شوید که چنین چیزی در طراحی اولیه در نظر گرفته نشده بوده است.»

اصلاح انحراف

با این وصف و با وجود این همه سازه کج، چرا نگرانی بیشتری وجود ندارد؟

به گفته دکتر کورف، کج بودن یک ساختمان لزوما به این معنا نیست که بنا از نظر سازه‌ای ناایمن است.

او می‌گوید: «ساختمان باید خیلی زیاد کج شود تا از نظر سازه‌ای ناپایدار محسوب شود.»

اما گاهی لازم است انحراف اصلاح شود. همان‌طور که برای برج کج پیزا اتفاق افتاد.

هرچند برج از همان سال‌های نخست شروع به کج شدن کرده بود، اندازه‌گیری‌ها نشان داد که این وضعیت در قرن بیستم بدتر شده و میزان انحراف برج به ‌شکل پیوسته افزایش یافته است.

آقای اسکولیا می‌گوید: «وضعیت بسیار نگران‌کننده بود.»

سپس در سال ۱۹۸۹، برج شهر پاویا در ایتالیا فرو ریخت. به گفته آقای اسکولیا، این حادثه «عامل محرک» بود و برج پیزا سال بعد بسته شد.

ایده‌های زیادی برای صاف‌تر کردن نسبی برج کج پیزا و ایمن‌سازی آن مطرح شد.

آقای اسکولیا می‌گوید: «روش انتخاب‌شده، استخراج خاک بود.»

او توضیح می‌دهد: «بدون دست زدن به خود برج، ۳۷ متر مکعب خاک از سمت شمالی پی ساختمان خارج شد.»

برج ۱۱ سال بعد دوباره بازگشایی شد.

موردی «ویژه»

اما به گفته خانم کورف، این روش صاف کردن ساختمان چندان رایج نیست.

او می‌گوید: «این روش مخصوص پیزاست. در شرایط عادی چنین کاری انجام نمی‌دهید.»

اگر یک ساختمان کج بر پایه‌های چوبی مانند خانه‌های آمستردام ساخته شده باشد، جایگزینی پی آن می‌تواند از بدتر شدن کجی جلوگیری کند اما این کار با دخالت گسترده در ساختمان همراه است و مستلزم برداشتن طبقه همکف است.

خانم کورف می‌گوید همچنین می‌توان انحراف را با بالا بردن ساختمان، شبیه بالا بردن خودرو با جک، اصلاح کرد. اما گاهی این کار بیشتر ضرر دارد تا فایده.

او می‌گوید: «اگر ساختمان خیلی کج شده باشد، صاف کردن آن هم می‌تواند خطرناک باشد، چون ساختمان تا حدی خودش را با حالت کج تطبیق داده است.»

او افزود: «باید بسیار مراقب بود که دست‌کم اوضاع بدتر نشود.»

در حالی که برخی ساختمان‌ها را می‌توان تثبیت کرد، این کار معایبی هم دارد.

خانم کورف می‌گوید: «می‌توانند انواع کارها را روی ساختمان‌ها انجام دهند؛ همه‌ چیز ممکن است.»

او می افزاید: «اما این کار هزینه بسیار زیادی دارد و کار پیچیده‌ای است.»

تاثیر تغییرات اقلیمی

پژوهش‌های خانم کورف نشان می‌دهد که تنها در هلند حدود ۷۵ هزار خانه بر پایه‌های چوبی ساخته شده‌اند و در معرض خطر آسیب قرار دارند؛ افزون بر این، تقریبا سه برابر این تعداد نیز به دلیل داشتن پی‌های کم‌عمق در معرض خطر هستند.

و ممکن است این مشکلات در آینده بدتر شوند.

خانم کورف می‌گوید: «با تغییرات اقلیمی و تغییرات آب‌های زیرزمینی، گاهی شاهد تغییرات سریع‌تری هستیم.»

اگر سطح آب‌های زیرزمینی پایین‌تر برود، پایه‌های چوبی در معرض هوا قرار می‌گیرند و این موضوع می‌تواند روند آسیب را سریع‌تر کند. تغییرات آب زیرزمینی همچنین می‌تواند بر لایه‌های خاک اثر بگذارد و این موضوع به ‌نوبه خود بر خانه‌هایی با انواع مختلف پی تاثیر می‌گذارد.

اما او تاکید می‌کند که این روند آهسته است.

و درباره برج کج پیزا، میزان انحراف آن پس از ۱۱ سال کار که در سال ۲۰۰۱ به پایان رسید، بیش از ۴۰ سانتی‌متر کاهش یافت. مهندسان معتقدند آینده این برج دست‌کم برای ۲۰۰ سال آینده امن است.