Nakloněný zázrak: Co zachránilo šikmou věž v Pise?
Ani Koloseum, ani Benátky. Ikonickou památkou, jež se proměnila v symbol celé Itálie, se stala šikmá věž v Pise. Zvonice z bílého mramoru se naklání takřka od svého vzniku a nebýt nejrůznějších opatření, zřejmě by se již dávno zřítila.
Turisty z celého světa zasáhla v roce 1990 nemilá zpráva: Toskánské úřady oznámily, že proslulou památku dočasně uzavřou, aby mohly provést rekonstrukci a zabránit nejhoršímu. Kdo se tak těšil na obligátní fotografii, na níž pózuje s rukou symbolicky podpírající naklánějící se stavbu, musel si počkat celých jedenáct let. Tak dlouho totiž speciálnímu týmu stavebních inženýrů trvalo, než našel vhodný způsob, jak věž stabilizovat – a to přinejmenším na několik příštích staletí.
Stoletá pauza
Proč se však legendární stavba vůbec naklání? Jisté je, že nešlo o záměr. Budování zvonice pro katedrálu v Pise, asi tři sta kilometrů severozápadně od Říma, započalo v roce 1173. A její architekti mohli tehdy asi jen stěží předvídat, že si ji o osm století později bude chtít prohlédnout na pět milionů lidí ročně. Neměli však tušení ještě o něčem mnohem závažnějším – a sice že město spočívá na značně nestabilním podloží. Přibližně před jedním až dvěma miliony let se v lokalitě nacházela delta řeky vlévající se do Ligurského moře a se zvedáním a poklesem jeho hladiny se na pobřeží ukládaly nánosy jílu a písku. Když potom stavitelé vybírali vhodnou lokalitu, nešťastnou náhodou zvolili snad nejhorší možné místo: Svrchní písek tam spočívá na vrstvě jílu, která se směrem k jihu ztenčuje. Každý z materiálů se však pod tlakem a při styku s vodou chová jinak, což se stalo jádrem všech pozdějších problémů.
Inženýři navíc umístili základy do hloubky pouhých tří metrů, což by možná bylo vhodné u pevných hornin dál na severu Itálie, ale zdaleka to nedostačovalo v nestabilní půdě přímořského regionu. Věž se tak neodvratně začala odchylovat od svislé osy, a to již během svého vzniku. V roce 1178 stavbu přerušily válečné konflikty a pokračovala až o století později. Tehdy už si přitom dělníci povšimli mírného náklonu. Během zmíněné přestávky se ovšem stihla zemina pod základy usadit, přičemž je takřka jisté, že jinak by se nedokončená věž zřítila.
Zakřivená pýcha
Z dochovaných záznamů plyne, že 12. dubna 1264 se mistr stavitel Tommaso di Ser Giovanni s třiadvaceti dělníky vydal do hor poblíž Pisy, aby vytěžili mramor. O osm let později pak v roli architekta obnovil stavební práce a rozhodl se, že další část stavby provede záměrně s mírně opačným sklonem, aby vyrovnal její těžiště. Roku 1278 už věž zahrnovala zamýšlených sedm říms a chyběla pouze zvonice na vrcholu. Její dokončení však opět zhatila napjatá politická situace a ozbrojená střetnutí. V součtu trvalo dlouhých 199 let, než stavba vysoká necelých šedesát metrů vyrostla.
Poslední mistr architekt nařídil zvonici vystavět tak, aby o čtrnáct centimetrů korigovala stávající šikmý sklon. Zatímco se tedy na jižní straně věže nachází 296 schodů, na severu je jich o dva méně. Danému rozdílu odpovídá i různá výška v závislosti na místě měření: V nejvyšším bodě se zvonice tyčí do 56,67 metru, kdežto na opačné straně ji dělí od země 55,83 metru. Bez nadsázky lze tedy říct, že věž v Pise není šikmá, ale technicky vzato zakřivená.
Vteřiny do kolapsu
První zaznamenané měření sklonu se uskutečnilo roku 1817 a zjistilo se, že se věž vychyluje o 4,9°. Na konci 20. století se však už jednalo o 5,5° a nedalo se vyloučit zřícení. Italská vláda proto ustavila odbornou komisi, která měla najít řešení, jak zabránit zkáze jedné z nejslavnějších staveb planety. Mimochodem, s podobným záměrem přišel Řím již v roce 1964, tehdy však státní představitelé považovali za primární zachovat sklon památky vzhledem k roli, jakou hrála při propagaci turistického ruchu v zemi.
Tým badatelů každopádně nejprve odebral vzorky zeminy a následně pomocí počítačových modelů zjišťoval, jak dlouho může ještě stavba na základě vlastností půdy vydržet. Vyšlo přitom najevo, že se tou dobou nacházela mimořádně blízko kolapsu: V roce 1993 se ukázalo, že by půda pod jižní stranou unesla už jen o necelých 7 % větší váhu. Nezbývala tedy téměř žádná rezerva a bylo třeba jednat rychle. K bleskové akci pak vědce přimělo mimo jiné zhroucení Občanské věže v Pavii v roce 1989.
Šachty, kotvy, závaží
Odborná komise tedy rozhodla přistoupit k okamžitým, nicméně dočasným opatřením. Pro urychlenou stabilizaci věže byl okolo její základny vylit betonový věnec a na severní straně se na něj coby protiváha upevnilo olověné závaží o celkové hmotnosti 500 tun. A zabralo to: Věž se ustálila, a její sklon se dokonce o setinu stupně snížil. Poprvé v historii se začala naklánět správným směrem.
Jenže desítky olověných bloků okolo základů nevypadaly právě líbivě, což u turistické atrakce zajišťující městské pokladně stamiliony eur ročně znamenalo problém. Inženýři se proto rozhodli závaží odstranit a místo něj do země vyvrtat šachty, zapustit dovnitř kotvy a propojit je s věncem. Nic ovšem nešlo podle plánu: Při odstraňování zeminy se ukázalo, že se jižní základy opírají o kamennou cestu, která kdysi vedla okolo. A aby se dal pod zem umístit mohutný betonový blok, musela se zčásti odstranit – načež se věž začala opět naklánět.
Tři možnosti záchranyVědci tudíž od plánu okamžitě upustili a na severní stranu přidali dalších 350 tun olova. V tu chvíli existovaly tři možnosti, jak postupovat dál, přičemž první varianta zahrnovala odčerpání podzemní vody z vrstvy písku na severu. Nedalo se však předvídat, jak stavba zareaguje v dlouhodobém horizontu. Druhá možnost spočívala ve využití tzv. elektroosmózy, kdy by se separací pomocí elektrod odstranila voda z jílu, takže by se zpevnil a náklon stavby by se snížil. Praktický test ovšem zcela selhal, a jako ideální se tak nakonec ukázala třetí metoda, tedy odebrání části okolní zeminy.
Vědci vše nejprve odzkoušeli na maketě: Nedaleko věže vytvořili obří betonovou konstrukci a pomocí vrtáků nakloněných ve vhodném úhlu zpod ní odebrali půdu. Zpočátku se zdálo, že se beton v reakci na zásah začíná naklánět nevhodným směrem. S pokračujícím vrtáním se však ukázalo, že lze jeho pohyb dokonce řídit. I přes četná rizika tedy odborníci nakonec přistoupili k „ostré“ realizaci.
Hotovo na tři sta let
Akce obnášela řadu bezpečnostních opatření. Inženýři věž pomocí lan ukotvili k masivním betonovým blokům. V roce 1999 pak pod ni zavedli dvanáct vrtáků a začali odebírat zeminu. K velké úlevě všech zúčastněných se práce odvíjely nad očekávání dobře a během pěti měsíců se sklon stavby snížil o čtyři setiny stupně. V roce 2000 už se pod ní nacházelo 41 vyvrtaných děr, jimiž dělníci odstranili 38 metrů krychlových půdy – dohromady asi 70 tun materiálu. Věž stála natolik pevně, že bylo bezpečné odebrat i provizorní olověné protizávaží ze severu. Specialisté navíc okolo nainstalovali odvodňovací systém, aby podklad nenasakoval tolik vlhkosti. Výsledkem náročné a nákladné akce se stalo snížení sklonu věže o 45 centimetrů na současných 3,97°, což by mělo podle inženýrů zajistit její stabilitu na více než tři století.
Výhoda z nevýhody
Střední Itálii zasáhla od roku 1280 přinejmenším čtyři silná zemětřesení, vratká stavba však vždy vydržela. Jak je to možné? Inženýrská studie z roku 2018 dospěla k závěru, že otřesům odolala díky dynamické interakci mezi půdou a konstrukcí: Výška a pevnost věže v kombinaci s měkkostí základové zeminy jednoduše ovlivňují vibrační charakteristiky zvonice tak, že nerezonuje s pohybem půdy při otřesech. S využitím stejného principu se dnes v Japonsku stavějí velké budovy, kde se mezi základy a hlavní konstrukcí nacházejí masivní pružiny či vrstva gumy.
