피사의 사탑의 무게는 얼마일까?

탑의 무게를 실제로 잰 사람은 없어요. 석조물의 부피와 재료의 밀도로 계산한 값이에요. 미라콜리 광장의 기념물들을 관리하는 오페라 델라 프리마치알레 피사나는 14,453톤으로 보고, 엔지니어들은 보통 이를 14,500톤으로 반올림해요. 14,700톤이라고 적은 자료도 있는데, 이런 계산이 바탕에 깔린 가정에 따라 얼마나 달라질 수 있는지 보여 줘요.

탑은 속이 꽉 찬 돌덩어리가 아니에요. 탑 안정화를 맡은 국제위원회 위원인 존 벌랜드, 미켈레 야미올코프스키, 카를로 비자니에 따르면, 여섯 층의 회랑이 둘러싼 속 빈 석조 원통이에요. 안쪽과 바깥쪽 벽은 산줄리아노 대리석으로 마감했고, 그 사이는 잡석과 모르타르로 채웠어요. 기초 바닥에서 58.36m, 지면에서 약 56m 높이이고, 바깥 지름은 약 15m예요. 꼭대기 종루에는 합쳐서 약 10.5톤인 종 7개가 있어요. 가장 큰 아순타는 1650년대에 주조됐고 무게가 3,620kg이에요.

기초는 지름 약 19.58m인 고리 모양이고 가운데에 4.5m짜리 구멍이 있어서, 하중을 받는 면적은 약 285m²예요. 14,453톤을 285m²에 나누면 1m²당 약 50톤, 약 500kPa이에요.

탑이 기울어 있어서 이 하중은 고르지 않아요. 벌랜드와 데이비드 포츠의 컴퓨터 해석에 따르면, 1993년 남쪽 가장자리 아래의 압력은 약 1,000kPa로 그쪽 흙이 버티지 못하고 밀리기 시작할 정도였고, 북쪽 가장자리 아래는 거의 0에 가까웠어요.

공사는 1173년에 시작됐어요. 아래층 몇 개만 올린 1178년에 이미 탑이 가라앉으며 기울기 시작했는데, 얕은 기초가 약한 지반 위에 놓였기 때문이에요. 약 10m 두께의 무른 실트와 점토질 실트 아래로, 무른 해성 점토가 약 40m 깊이까지 이어져요. 전쟁 때문에 공사는 오랫동안 멈췄어요. 1272년에 다시 시작해 1319년에 7층을 마쳤고, 1372년에 종루를 올렸어요. 건축가들은 기울기를 바로잡으려고 위층의 한쪽을 더 높게 쌓았고, 그래서 탑이 살짝 휘어 있어요.

벌랜드의 위원회는 이 탑이 엔지니어들이 말하는 ‘기울기 불안정’을 겪고 있음을 밝혔어요. 일정 높이를 넘으면, 조금만 더 기울어도 무게가 탑을 넘어뜨리려는 힘이 땅이 버티는 힘보다 빨리 커진다는 뜻이에요. 그들의 표현대로라면 땅이 너무 약한 게 아니라 충분히 단단하지 않은 거예요. 1990년에는 기울기가 약 5.5도에 이르러 해마다 약 6각초씩 커지고 있었고, 탑은 1990년 1월 7일 일반 관람이 중단됐어요.

첫 조치는 임시방편이었어요. 1993년 하반기에 탑 아래쪽 북면을 둘러싼 콘크리트 고리 위에 납덩이 600톤을 쌓아, 탑을 넘어뜨리려는 모멘트를 약 10% 줄였어요. 납을 지반 앵커로 바꾸려다 탑이 다시 남쪽으로 움직이자, 1995년 9월에는 하중을 900톤으로 늘렸어요.

영구적인 해결책은 ‘흙 빼내기’였어요. 북쪽 아래에서 흙을 조금씩 뽑아내 그쪽 지반이 내려앉으면서 탑을 끌어당기게 하는 방법이에요. 공사는 1999년 2월 9일에 시작해 2001년 6월 6일에 끝났어요. 빼낸 흙은 모두 합쳐 약 38m³(70톤)뿐이었어요. 북쪽에 배수 시설까지 더한 2002년 중반에는 기초가 약 1,880각초, 대략 0.5도 되돌아왔고, 꼭대기는 북쪽으로 약 45cm 움직였어요. 탑은 2001년 12월에 다시 문을 열었어요.