Nhìn từ xa, tháp Eiffel giống một nét bút thanh mảnh vẽ lên bầu trời Paris. Nhìn gần, đó là một mạng lưới dày đặc những thanh sắt đan chéo. Vẻ đẹp ấy không đến từ trang trí, mà đến từ chính các phép tính kỹ thuật.

Vật liệu: sắt rèn chứ không phải thép

Tháp được dựng bằng sắt luyện puddle (một loại sắt rèn), vật liệu Gustave Eiffel đã quen dùng khi xây cầu và nhà ga. Phần sắt nặng khoảng 7.300 tấn; tính cả thang máy, cửa hàng và ăng-ten, toàn bộ tháp nặng khoảng 10.100 tấn.

Dù khổng lồ, tháp lại "nhẹ" một cách đáng kinh ngạc so với kích thước. Nếu tưởng tượng một chiếc hộp bao quanh tháp (324 × 125 × 125 m), lượng không khí trong hộp nặng khoảng 6.200 tấn – gần bằng khối lượng phần sắt. Kết cấu mắt cáo giúp tháp vừa cứng vững vừa tiết kiệm vật liệu.

Hình dáng sinh ra từ sức gió

Khi tháp được xây, Eiffel từng bị chỉ trích là chỉ chăm chút cho vẻ ngoài mà bỏ qua nguyên lý kỹ thuật. Thực ra ông và các cộng sự là những người xây cầu giàu kinh nghiệm, và mối quan tâm lớn nhất của họ là sức cản của gió.

Eiffel giải thích rằng đường cong của bốn cạnh tháp được xác định theo tính toán sao cho tháp chịu được lực gió, và chính những điều kiện tạo nên sức bền ấy cũng tạo nên vẻ hài hòa. Nhóm thiết kế dùng phương pháp đồ họa cùng số liệu thực nghiệm, giả định nửa trên của tháp kín hoàn toàn để tính dư an toàn. Kết quả là đường viền tháp có dạng gần như hàm mũ – rộng và thoải ở chân, thu hẹp nhanh dần khi lên cao. Sau này, nhiều nhà nghiên cứu còn đề xuất các mô hình toán học để giải thích vì sao thiết kế ấy hiệu quả đến vậy.

Móng và bốn chân tháp

Mỗi chân tháp tựa trên các khối bê tông, trên đó là khối đá vôi có mặt nghiêng để đỡ "đế giày" bằng sắt. Mỗi đế được neo vào nền đá bằng cặp bu-lông đường kính 10 cm, dài 7,5 m. Với hai chân gần sông Seine, thợ phải dùng giếng chìm khí nén sâu khoảng 22 m để đặt móng vững chắc trên nền đất yếu.

Chân đế của tháp là hình vuông cạnh 125 m. Bốn chân nghiêng chụm dần vào nhau và nối với nhau ở tầng một bằng những vòm lớn – chi tiết do kiến trúc sư Stephen Sauvestre thêm vào để công trình mềm mại, gần gũi hơn.

Chính xác đến từng milimét

Tháp gồm 18.038 bộ phận, mỗi bộ phận có bản vẽ riêng. Vị trí lỗ đinh tán được tính chính xác tới 1 mm, góc nghiêng được tính tới từng giây cung. Các cụm chi tiết được tán sẵn tại xưởng, chuyển tới công trường, lắp tạm bằng bu-lông rồi thay dần bằng khoảng 2,5 triệu đinh tán. Nhờ khâu chuẩn bị kỹ lưỡng, công trình hoàn thành trong khoảng hai năm – một tốc độ đáng nể với kỹ thuật thế kỷ XIX.

Thang máy – bài toán khó nhất

Đưa hàng nghìn người lên cao an toàn là mối quan tâm lớn của ban tổ chức Triển lãm 1889. Khó khăn nằm ở chỗ các chân tháp cong, nên thang máy phải chạy theo quỹ đạo thay đổi độ nghiêng. Nhiều hãng được mời tham gia: hãng Pháp Roux, Combaluzier & Lepape dùng xích có mắt cứng cho hai chân đông và tây; hãng Otis của Mỹ lắp thang máy thủy lực; hãng Fives-Lille sau này làm loại thang có cơ cấu giữ sàn luôn nằm ngang khi độ dốc thay đổi.

Hệ thống thang máy đã được thay đổi nhiều lần trong lịch sử. Cơ cấu thủy lực nguyên bản hiện vẫn được trưng bày trong một bảo tàng nhỏ dưới chân tháp. Bình thường, một vòng thang máy lên xuống mất gần 9 phút.

72 cái tên trên thân tháp

Quanh bao lơn tầng một, Gustave Eiffel cho khắc tên 72 nhà khoa học, kỹ sư và nhà toán học Pháp như lời tri ân những người đã đặt nền móng cho tri thức giúp xây nên tháp. Đây là một chi tiết dễ bị bỏ qua mà bạn có thể tìm khi đứng dưới chân tháp.

Tháp "thở" theo nhiệt độ

Kim loại giãn nở khi nóng và co lại khi lạnh. Vào ngày nắng, mặt tháp hướng về phía mặt trời nóng lên trước khiến đỉnh tháp có thể dịch ra xa mặt trời tới khoảng 18 cm. Kết cấu mắt cáo linh hoạt cho phép tháp "chuyển động" như vậy mà vẫn an toàn.

Bảo dưỡng: 60 tấn sơn mỗi 7 năm

Kẻ thù lớn nhất của tháp sắt là gỉ sét. Vì thế, tháp được sơn lại định kỳ khoảng 7 năm một lần, mỗi lần tốn khoảng 60 tấn sơn; tính đến nay tháp đã được sơn lại toàn bộ ít nhất 19 lần. Màu sơn cũng thay đổi qua các thời kỳ, từ đỏ nâu thời đầu tới sắc nâu đồng quen thuộc ngày nay, được pha đậm nhạt khác nhau để tháp trông đồng màu khi nhìn từ dưới lên.

Một trạm phát sóng trên cao

Từ đầu thế kỷ XX, tháp đã được dùng làm ăng-ten vô tuyến. Năm 1913, Đài thiên văn Paris dùng tháp để trao đổi tín hiệu với Đài thiên văn Hải quân Mỹ nhằm đo chênh lệch kinh độ giữa Paris và Washington. Ngày nay, tháp vẫn phát sóng phát thanh và truyền hình số – một chức năng thực tế đã góp phần giữ cho "Quý bà sắt" đứng vững qua hơn một thế kỷ.