دانلود تحقیق نگرشی به برج پیزا

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.

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.

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.

این تاریخچه از انحرتف برج برای سنجیدن ماکت شماره ای برج و زمین زیر آن بکار گرفته می شد. تصویر شماره 5، نمودار تغییرات پیش بینی شده انحراف برج بر حسب زمان را نشان می دهد و آن را با ارزشهای واقعی نتیجه گیری شده مقایسه می کند.

ماکت برج اولین چرخش کوچک برج به سمت شمال را نمایان نکرد. اما از سال 1272 به بعد مطابقت قابل توجهی بین ماکت و انحراف واقعی برج بوجود آمد. در خور توجه است که فقط هنگامی که اتاق ناقوس در سال 1360 ساخته شد، انحراف برج به طور شگرفی افزایش یافت. همچنین شایان ذکر است که خاکبرداری از کاتینو در سال 1838 منجر به چرخش پیش بینی شده برج درحد 75/0 درجه شد. آنچه قابل ملاحظه است این است که در حال حاضر انحراف برج ماکت 44/5 درجه است که کمی کمتر از مقدار واقعی آن یعنی 5/5 درجه است. مهندسین دریافته اند که هر افزایش بیشتری در انحراف نهایی مدل برج در نتیجه بی ثباتی آن است. و این یک دلیل واضح است که برج به سوی سقوط، نزدیک می شود. ناپایداری قریب الوقوع فونداسیون برج به خاطر ضعف زمین نیست بلکه می تواند به قابلیت تراکم بالای خاک رس پانکون (پانکون کلی) مربوط باشد. این پدیده (خم شدگی بی ثبات) نام دارد. مهم نیست با چه دقتی ساختمان، بنا شده است روزی برج به ارتفاع حساسی می‌رسد که کوچکترین فشاری انحراف و بی ثباتی آن را افزایش خواهد داد. برجهایی که بچه ها بر روی فرش نرم می سازند با این پدیده آشناست.

رفتار قابل رؤیت برج در قرن بیستم

غالباً در این قرن انحراف برج با واحد سنجش آرک ثانیه در حال افزایش است.(5 آرک ثانیه برابر است با 5/1 میلی متر جابجایی در بالاترین نقطه برج). مطالعه این تحرکات برای پیشبرد درک رفتار برج با اهمیت است .و عمیقاً بر روی تصمیماتی که توسط کمیسیون گرفته می شود تأثیر دارد.

از سال 1911، انحراف برج به طور منظم بوسیله وسایل گوناگون از ابزار دقیق اندازه گیری شد. تصویر 6 تغییرات انحراف را با زمان نشان می دهد. از این تصویر می توان فهمید که منحنی، صاف نیست اما شامل نتایج بسیار مهمی است. در سال 1934، 361 سوراخ در پی برج ایجاد کرد و حدود 80 تن دوغاب (ملات) به منظور مستقیم کردن ساختمان برج داخل سوراخها تزریق کرد. این فعالیت باعث افزایش ناگهانی انحراف برج در حدود 31 آرک ثانیه شد. در سالهای آخر دهه 1960 و نزدیک دهه 1970، پمپ کردن شن های پائین تر باعث نشست و انحراف برج به سمت جنوب غربی برج پیزا شد.

این امر موجب انحراف برج در حدود 41 آرک ثانیه شد. هنگامی که پمپ شن ها، انحراف برج را کاهش داد و باعث شد تا سرعت انحراف برج به سرعت قبلی برگردد. این اتفاق و چنین اتفاقات کوچکی از این گونه وقایع نشان می دهد که برج آنقدر شکننده و حساس است که حتی کوچکترین لرزش زمین در قسمت جنوبی برج برای هم تراز کردن آن باعث انحراف آن می شود. بنابراین هر اقدام اصلاً می باید شامل کوچکترین لرزش نباشد. به علاوه سرعت انحراف برج در حال افزایش است .

تحلیل دقیق اندازه گیری نشان می دهد که برج در حدود یک سطح نقطه با اولین قرنیز در حال چرخش است که قسمت شمالی فونداسیون در حال بالا رفتن است.

این یافته روش حیاتی جهت پایداری فونداسیون برج، شناخت دلیل ادامه چرخش برج با وجود سفره آب در حال نوسان در کران A را اثبات کرد.

روشهای تثبیت موقت

همانطور که در مقدمه ذکر شد. 2 مشکل متمایز وجود دارد که ثبات برج را تهدید می کنند. مهمترین آنها استحکام برج است. تغییر در برش عرضی دیوارها در سطح طبقه اول، با موقعیت پلکان مارپیچی ترکیب شده(تصویر 7) باعث افزایش تمرکز فشار بر روی قسمت  

جنوبی، ترک خوردن روکش مرمری در این محل می شود. تقریباً تعیین میزان ایمنی برج در برابر گسیختگی آن غیر ممکن است، اما نتیجه این گسیختگی می تواند فاجعه آمیز باشد.

مشکل دوم، پایداری فونداسیون در مقابل واژگونی است.

مرحله اول این بود که ایمنی کناره در برابر هر دو روش گسیختگی، را با هر سرعتی که امکان دارد بوسیله ابزار و اقدامات موقتی افزایش دهند. و به این هدف نیز دست یافتند.

مرحله دوم، گسترش دائمی راه حل های تشخیصی که نیازمند زمان هستند و به مرحله عمل رساندن تحقیقات و آزمایشات ضروری بازسازی به نحوی که شامل کمترین مداخله ممکن باشد، بدون هیچ خرابی، واژگونی و قابلیت بکارگیری افزاینده در مهار انحراف باشد.

مشکل بنا با چسب های پلاستیکی که گرداگرد برج ریخته شده اند در اولین قرنیز و در فضای بالای دومین طبقه مفید واقع شد. کارها در تابستان 1992 به مرحله عمل رسید و نزدیک کردن بعضی از ترک ها به یکدیگر در کاهش خطر خم شدگی و روکش مرمری مؤثر بود.

گسترش پایداری فونداسیون بوسیله کاربرد موقتی وزنه 600 تنی سربی به قسمت شمالی فونداسیون از طریق ریختن حلقه بتنی با فشار، دور پی برج در سطح ستونپایه، بدست آمده است. بکارگیری وزنه موقت سبب کاهش انحراف در حدود 1 دقیقه آرک و سبب کاهش گشتاور واژگونی در حدود 10 درصد شد. در سپتامبر سال 1995 نیروی وزنه به 900 تن به منظور کنترل حرکات برج افزایش یافت.