VOLUME I

Presentazione, di Rocco Buttiglione, Ministro per i Beni e le Attività Culturali   IX

Presentazione, di Pietro Lunardi, Ministro delle Infrastrutture e dei Trasporti   XI

Presentazione, di Pierfrancesco Pacini, L’Operaio Presidente dell’Opera

Primaziale Pisana   XIII

Premessa, di Francesco Sicilia, Capo del Dipartimento per i Beni Culturali e Paesaggistici
del Ministero per i Beni e le Attività Culturali   XV

Premessa, di Salvatore Settis, Direttore della Scuola Normale Superiore di Pisa   XVII

Piano dell’Opera, di Mariacristina Pepe   XIX

Plan of the Work   XX

1. Introduzione, di Michele ]amiolkowski   Introduction   1

2. La Piazza del Duomo: sottosuolo, archeologia, storia, di Lucia Franchi Viceré,
Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia   11

2.1 – Premessa   11

2.2 – Il sottosuolo della Piazza: inquadramento geologico   13

2.3 – La ricerca storico-archeologica   14

Modalità della ricerca   15

Risultati generali   17

Sintesi dei risultati per fasi cronologiche   20

 

Abstract   40

 

3. La Torre campanaria, di Lucia Franchi Viceré, Fernando Veniale,
Stefania Lodola, Mariacristina Pepe   43

3.1 – Descrizione del monumento: dati generali   43

3.2 – Vicende costruttive   58

Premessa   58

Indagine archivistica   58

Indagine bibliografica   67

3.3 – Materiali e tecniche costruttive   77

3.4 – Caratteristiche geometriche   83

 

Abstract   85

 

4. Analisi della pendenza: origine ed evoluzione nel tempo, di Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia   89

4.1 – Premessa   89

4.2 – Inclinazione durante la costruzione   90

4.3 – Inclinazione dal termine della costruzione agli inizi del 1900   92

4.4 – Inclinazione dal 1911 al 1993   93

 

Abstract   96

 

5. La salvaguardia della Torre: studi e interventi eseguiti prima del 1990, di Lucia Franchi Viceré, Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia   97

5.1 – I restauri antichi: analisi degli interventi fino agli inizi del 1900   97

Interventi fino alla fine del XV secolo   97

Interventi fino alla fine del XVI secolo   106

Interventi fino alla fine del XVII secolo   110

Interventi fino alla fine del XVIII secolo   118

Interventi fino al XX secolo   121

5.2 – Studi e interventi dal 1900 al 1972   135

5.3 – L’appalto concorso del 1973   145

5.4 – Studi ed interventi dal 1975 al 1990   149

 

Abstract   156

 

6. Il Comitato Internazionale: strategie d’azione e svolgimento dei lavori, di Michele Jamiolkowski   159

 

Abstract   163

 

7. Studi ed interventi del Comitato Internazionale: aspetti geotecnici, di Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia   165

7.1 – Il fenomeno della “leaning instability”   165

7.2 – L’intervento temporaneo: il contrappeso con lingotti di piombo   167

7.3 – La soluzione dei 10 ancoraggi   169

7.4 – La sotto-escavazione   170

Premessa   170

Sperimentazione in piccola scala a gravità naturale   173

Sperimentazione in centrifuga   173

Analisi numeriche   173

Prova a grande scala in sito   174

Sotto-escavazione preliminare della Torre   175

Sotto-escavazione definitiva   177

 

Abstract   180

 

8. Studi ed interventi del Comitato Internazionale: aspetti strutturali, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   183

8.1 – Premessa   183

8.2 – Patologia strutturale e zona critica   188

8.3 – Interventi temporanei di consolidamento strutturale e di stabilizzazione geotecnica   190

Cerchiatura temporanea alla prima loggia (1992)   191

Intervento temporaneo di stabilizzazione geotecnica. L’anello porta-piombi   193

8.4 – Monitoraggio dell’elevazione della Torre   194

Monitoraggio statico dell’elevazione   194

Monitoraggio dinamico dell’elevazione   195

8.5 – Indagini non distruttive sulla muratura   195

Termografia   196

Radar   196

Tomografia sonica   197

8.6 – Altre indagini meccaniche, prove ed endoscopie, saggi locali   197

8.7 – Identificazione dinamica, azioni e analisi   200

Identificazione dinamica della Torre   200

Identificazione dinamica del colonnato   201

Azioni sulla costruzione. Vento e sisma   201

Analisi numeriche ad Elementi Finiti della Torre nella sua interezza   203

8.8 – Verifiche di resistenza e criteri d’intervento sulla muratura   206

8.9 – Anello per i 10 ancoraggi   207

8.10 – Strallatura temporanea (1998)   208

8.11 – Intervento definitivo di consolidamento strutturale   209

Iniezioni nelle murature e inserimento di barre   209

Cerchiatura definitiva alla prima loggia   210

Anello di cerchiatura nel catino e connessione Torre-catino   211

 

Abstract   213

 

9. Studi e interventi del Comitato Internazionale: aspetti di restauro, di  Fernando Veniale,
Gisella  Capponi, Stefania Lodola   217

9.1 – Introduzione   217

9.2 – La mappatura dei materiali lapidei    219

9.3 – La mappatura delle forme di alterazione   223

9.4 – Aspetti tessiturali dei marmi delle colonne   228

9.5 – Lo studio analitico delle forme di alterazione   229

9.6 – Le interazioni ambiente-manufatto   232

9.7 – Interventi sulla Torre   238

9.8 – Sperimentazione dei prodotti di restauro   238

9.9 – Il cantiere di progetto per il restauro   241

9.10 – Elaborazione del progetto generale   248

 

Abstract   250

 

10. Historic Examples of Underexcavation, by John B. Burland, Glynis Johnston   255

10.1 – Summary   255

10.2 – Introduction   255

10.3 – The cause of the continuing tilt   256

10.4 – The work of James Trubshaw   256

10.5 – James Trubshaw stabilisation of St. Chad’s Tower   256

10.6 – Continuing concern   257

10.7 – The stabilisation of the Church Tower at Nijland   258

10.8 – Underexcavation used to straighten a 330ft. high chimney at the Bochum

Cast Steel Works, Germany   259

10.9 – Discussion   260

10.10 – The relevance to the Pisa Tower   262

Riassunto   264

 

DOCUMENTAZIONE DI RIFERIMENTO E BIBLIOGRAFIA   265

Affidamenti   265

Bibliografia   267

ELENCO COMPLETO DEGLI AFFIDAMENTI   277

 

VOLUME II

PROBLEMI DI STABILIZZAZIONE GEOTECNICA

1. Il sottosuolo della Torre, di Carlo Viggiani, Maria Cristina Pepe   1

1.1 – Indagini eseguite prima del 1990   1

1.2 – Indagini recenti   1

Premessa   1

Programma   3

Tecniche di perforazione, di campionamento e di esecuzione delle prove in sito   3

1.3 – Profilo strati grafico   5

1.4 – Acque sotterranee   6

1.5 – Caratterizzazione geotecnica   13

Proprietà fisiche e proprietà indice   13

Storia dello stato tensionale e compressibilità   18

Resistenza al taglio   27

Deformabilità   31

1.6 – Mineralogia, geochimica e “fabric” (micro-tessitura) dei livelli argillosi presenti nel sottosuolo   33

 

Abstract   40

 

2. Movimenti della fondazione della Torre, di Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia   41

2.1 – Movimenti fino al 1911   41

Spostamenti verticali   41

Alcuni richiami sulla storia della costruzione   41

Storia dell’inclinazione   42

2.2 – Movimenti dal 1911 al 1992   46

Strumentazione   46

Movimenti ciclici della Torre   46

Variazioni di lungo termine dell’inclinazione della Torre   49

Cinematica del moto della Torre   51

2.3 – Movimenti dopo il 1992   55

Sistema di monitoraggio automatico   55

Rilievi topografici   56

Piezometri   60

Movimenti della Torre   62

 

Abstract   68

 

3. Analisi dei movimenti della Torre, di Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia,
Mariacristina Pepe   71

3.1 – Interpretazione statistica dei movimenti   71

3.2 – Studio delle cause dei movimenti della Torre   72

Instabilità dell’equilibrio, introduzione   72

Semplici soluzioni analitiche   75

Non linearità   76

Indagini sperimentali   76

Sperimentazione in centrifuga   76

Analisi numeriche   86

3.3 – Modellazione del creep   89

Introduzione   89

Modello numerico e parametri   91

Analisi numeriche   91

 

Abstract   94

 

4. Studio dei metodi per la stabilizzazione della Torre, di Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia, Mariacristina Pepe   95

4.1 – Premessa   95

4.2 – Interventi di stabilizzazione temporanea   95

Applicazione dei contrappesi in piombo   95

La soluzione dei 10 ancoraggi   98

4.3 – Interventi di stabilizzazione definitiva   100

Riduzione della pendenza e sue conseguenze   100

Elettroosmosi   101

Soluzione con piastra di carico   115

Estrazione controllata di terreno   117

Modellazione numerica con creep   135

 

Abstract   136

 

5. Gli interventi di stabilizzazione temporanea, di Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia   139

5.1 – I contrappesi in piombo   139

Strumentazione specifica   139

Risultati dell’intervento   140

5.2 – La soluzione dei 10 ancoraggi   143

Il tirante di prova   143

La prova di carico   144

Il congelamento   145

Esecuzione dei lavori ed effetti sulla Torre   147

5.3 – Cedimenti della Torre nel periodo successivo agli interventi   151

 

Abstract   154

 

6. Gli interventi di stabilizzazione definitiva, di Carlo Viggiani, Nunziante Squeglia   155

6.1 – Premessa   155

6.2 – Sotto-escavazione preliminare   155

Descrizione delle installazioni   155

La gestione delle informazioni   156

Risultati dell’intervento preliminare   161

6.3 – Sotto-escavazione definitiva   166

Descrizione delle installazioni   166

Risultati dell’intervento definitivo   168

6.4 – Il sistema di drenaggio a gravità   176

 

Abstract   178

 

DOCUMENTAZIONE DI RIFERIMENTO E BIBLIOGRAFIA   179

Affidamenti   179

Bibliografia   181

 

VOLUME III
PARTE I
PROBLEMI DI CONSOLIDAMENTO STRUTTURALE

1. Introduzione, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   3

1.1 – Sicurezza strutturale del monumento, concetti generali   3

1.2 – Il problema strutturale e la zona critica   4

 

Abstract   5

 

2. Il rilievo della patologia strutturale, di Giorgio Macchi, Simone  Ghelfi   7

2.1 – Obiettivi   7

2.2 – Il rilievo della Commissione Polvani   7

2.3 – Fessure del tamburo   8

2.4 – Fessure della scala   11

Scala a chiocciola che conduce dal 7° all’8° ordine   12

2.5 – Danni alle colonne delle logge   13

2.6 – Danni agli architravi di connessione tamburo-colonne   13

2.7 – Efficienza del collegamento delle colonne   16

2.8 – Fessure delle volticciole e degli archi   16

2.9 – Documentazione del nuovo rilievo   18

 

Abstract   18

 

3. Analisi dei materiali (litotipi e malte), di Fernando Veniale, Stefania Lodola   19

3.1 – Premessa   19

3.2 – I materiali lapidei   19

I materiali lapidei dei paramenti e degli elementi architettonici   19

I materiali lapidei utilizzati come inerte nel conglomerato di insacco della struttura muraria
in elevato e delle fondazioni   20

3.3 – Le malte del conglomerato di in sacco della struttura muraria in elevato
e delle fondazioni   26

Abstract   35

 

4. Indagini strutturali, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   37

4.1 – Premessa   37

4.2 – Termografia   37

Tecnica termografica all’infrarosso   38

Strumentazione e modalità di misura   38

Modanature alla base della torre (primo ordine)   39

Prima cornice. Arcate cieche e pennacchi del primo ordine rilievi sul paramento esterno
al primo loggiato. Buche pontaie   40

4.3 – Radar   45

Cenni sulla tecnica e le modalità di misura   45

Risultati del1e indagini. Primo loggiato: paramento, cornice, parete del vano scale, piano di calpestio   46

Risultati del1e indagini. Scala elicoidale   49

4.4 – Tomografia sonica   51

Cenni sulla tecnica di misura e di rappresentazione   51

Risultati delle indagini. Sezione critica al primo loggiato   53

Risultati delle indagini. Sezione alla cornice del primo loggiato   53

Risultati delle indagini. Base della Torre e blocco di fondazione   53

Risultati delle indagini. Altre parti della Torre   54

4.5 – Endoscopia   55

4.6 – Identificazione dinamica della Torre e dei colonnati   57

Identificazione dinamica della Torre nel suo insieme (ISMES)   58

Prove sperimentali dinamiche sulle colonne mediante interferometro Laser
(Università di Pavia ed Enel-Cris)   62

Prove sperimentali dinamiche sulle colonne mediante accelerometri (ISMES)   64

Modelli dinamici numerici dei colonnati. Calibrazione (Università di Pavia)   66
Modellazioni dinamiche numeriche della Torre (Università di Pavia ed ISMES)

Calibrazione   67

4.7 – Metodi parzialmente distruttivi   68

Misure soniche (cross-hole)   68

Misure dilatometriche   69

Martinetti piatti   69

4.8 – Saggi locali   69

 

Abstract   71

 

5. Analisi strutturali, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   75

5.1 – Premessa   75

5.2 – Analisi strutturale della zona critica   76

Calcolo a trave   76

Calcolo bidimensionale del1a zona critica   77

5.3 – Analisi numerica degli anelli di precompressione del basamento   78

Analisi numerica dell’anello utilizzato per l’applicazione dei piombi   79

Analisi numerica dell’anello progettato per l’intervento dei 10 ancoraggi   82

5.4 – Modelli numerici per lo studio degli effetti dei carichi permanenti
e della cerchiatura provvisoria   85

Modello geometrico di riferimento   85

Modelli ad elementi finiti   89

5.5 – Analisi degli effetti del vento e sperimentazione   102

Configurazione ed intensità del vento   102

Prove in galleria del vento   103

Risposta strutturale   104

5.6 – Analisi del rischio sismico   107

Sismicità storica del sito   108

Valutazione del periodo di ritorno   109

Correlazione tra l’intensità macrosismica e il picco di accelerazione al suolo (PGA)   110

Forma dello spettro del terremoto di verifica   111

Analisi dinamica   111

Approfondimenti effettuati nell’anno 2000   116

5.7 – Analisi numeriche per lo studio degli effetti di vento, sisma e azioni termiche   119

Effetti del vento   119

Effetti del sisma (forze statiche equivalenti)   120

Effetti del sisma (calcoli dinamici)   127

Effetto delle azioni termiche   132

 

Abstract   132

 

6. Valutazione della resistenza, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   132
Abstract   135

7. Interventi temporanei di stabilizzazione strutturale, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   143

7.1 – Premessa   143

7.2 – Cerchia tura provvisoria della prima loggia   143

Descrizione dell’intervento   143

Componenti e materiali   144

Prove eseguite   147

Esecuzione dell’intervento   148

Centinatura provvisoria del vano scala interno al livello del primo loggiato   150

7.3 – Anello precompresso per i contrappesi in piombo   150

Progettazione e realizzazione dell’anello precompresso   153

Protezioni della Torre   154

Analisi dei carichi trasmessi alla Torre   154

Progetto del calcestruzzo   154

Prove eseguite sui giunti in gomma   154

Programma di precompressione   155

Monitoraggio dell’anello precompresso   155

7.4 – Anello precompresso per la soluzione dei 10 ancoraggi   156

 

Abstract   164

 

8. Opera di salvaguardia temporanea, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   167

8.1 – Premessa   167

8.2 – Descrizione dell’opera di salvaguardia temporanea   168

Torri di ancoraggio e sistema di tiro   168

Stralli e connessione con la Torre   169

8.3 – Realizzazione e smontaggio della strallatura   170

8.4 – Progetto preliminare dell’opera di salvaguardia   170

 

Abstract   171

 

9. Interventi definitivi di stabilizzazione strutturale, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   173

9.1 – Premessa   173

9.2 – Consolidamento locale definitivo con iniezioni e barre di acciaio inossidabile   173

Mappatura combinata delle tensioni e delle valutazioni non distruttive Sperimentazione delle tecniche di consolidamento   175

Descrizione dell’intervento (1999)   185

9.3 – Precompressione del basamento e ripristino del fondo del catino   198

Progetti preliminari   198

Descrizione dell’intervento   198

Esecuzione dell’intervento   204

Trave di coronamento e iniezioni armate del muro del catino   207

9.4 – Cerchiatura definitiva   208

Descrizione dell’intervento   208

Il filo di acciaio inossidabile   209

La macchina cerchiatrice   209

 

Abstract   212

 

10. Monitoraggio strutturale dell’elevazione della Torre, di Giorgio Macchi, Simone Ghelfi   217

10.1 – Premessa   217

10.2 – Monitoraggio statico dell’elevazione della Torre   218

Descrizione del sistema e sua gestione   218

Descrizione dei sensori   224

Verifica sperimentale in laboratorio dell’installazione dei livellometri e degli inclinometri   225

10.3 – Comportamento nel tempo della Torre   226

Comportamento fisiologico e correlazioni   226

Effetti delle attività di lavoro   238

10.4 – Monitoraggio dinamico dell’elevazione della Torre   238

Sistema e sensori   238

Rilevamento del vento e dello scampanio   241

Rilevamento del sisma   242

10.5 – Sistema di monitoraggio attivo dal gennaio 2002   243

 

Abstract245

 

DOCUMENTAZIONE DI RIFERIMENTO E BIBLIOGRAFIA   247

Affidamenti   247

Bibliografia   251

III.
PARTE SECONDA
PROBLEMI DI CONSERVAZIONE DELLE SUPERFICI

1. Il rilevamento dello stato di conservazione, di Michele  D’Elia, Gisella Capponi, Stefania Lodola   257

1.1 – Il rilevamento diretto delle forme di alterazione   257

Il rilevamento dei “guasti” negli anni Sessanta   257

I primi rilevamenti delle tipologie di degrado   257

La mappatura sistematica dello stato di conservazione   261

1.2 – La rappresentazione grafica in funzione del rilevamento dello stato di conservazione   274

1.3 –  Tecniche di lavorazione delle pietre   278

Abstract   287

2. Materiali costitutivi dei paramenti e degli elementi architettonici, di Fernando Veniale,

Stefania Lodola   289

2.1 – Premessa   289

2.2 – Materiali lapidei   289

2.3 – Mappatura di distribuzione dei litotipi originari e di sostituzione   293

Frequenza e distribuzione dei litotipi nel complesso della Torre   296

Frequenza e distribuzione dei litotipi nei diversi ordini    298

Frequenza e distribuzione dei litotipi in diversi elementi architettonici   301

Distribuzione dei litotipi nel paramento interno del tamburo   305

Distribuzione dei litotipi nella scala interna   305

2.4 – Definizione e distribuzione delle varietà di marmi Apuani di sostituzione   306

Le colonne   307

Le basi di colonna   310

Le mensole dei loggiati   313

I capitelli   316

Altri elementi architettonici   319

Considerazioni sulle sostituzioni   319

2.5 – Caratteristiche tessiturali dei marmi costituenti le colonne dei loggiati   321

Abstract   328

3. Indagini analitiche sulle forme di degrado, di Fernando Veniale, Stefania Lodola   331

3.1 – Indagini analitiche sulle forme di alterazione chimico-fisiche   331

Degrado dei materiali lapidei   331

Prodotti superficiali di degrado delle pietre   337

Prodotti di alterazione di elementi metallici   345

Degrado delle malte   347

Analisi svolte nel corso del cantiere pilota di progetto   352

3.2 – Problemi di biodeterioramento   355

Premessa   355

Il rilevamento del biodegrado   356

Forme di alterazione chimico-fisiche e biodeterioramento   358

Scelta dei biocidi   359

Abstract   361

4. Interazioni ambiente-manufatto, di Michele  D’Elia, Gisella Capponi, Stefania Lodola, Mariacristina Pepe   365

4.1 – Analisi del microclima   365

Introduzione   365

Indagini sul clima di Pisa   365

Campagne di misura   379

Modello della radiazione solare incidente sulla Torre   389

4.2 – Analisi chimiche degli inquinanti atmosferici   399

Introduzione   399

I parametri microclimatici   399

Gli inquinanti atmosferici   401

La deposizione atmosferica sulle superfici lapidee   405

4.3 – Individuazione di percorsi di percolamento interni alla Torre mediante traccianti   408

Premessa   408

L’interazione idrometeore-manufatto   409

La formazione dei depositi di calcare   409

Materiali e tecniche di rilevamento   409

La diffusione dell’acqua piovana all’interno della Torre   412

Abstract   414

5. Il sistema informatico di gestione dei dati AKIRA GIS Server, di Michele D’Elia,

Fernando Veniale, Gisella Capponi, Stefania Lodola   419

5.1 – Il sistema AKIRA GIS “Leaning Tower”   419

La rappresentazione geometrica   419

Dati di mappatura: litotipi e tipologie di degrado   422

Restituzione delle statistiche   422

Informazioni alfanumeriche   423

Monitoraggio nel tempo   425

Modalità di accesso al sistema   425

Abstract   425

6. Studi e interventi di avvicinamento al restauro, di Michele D’ella, Gisella Capponi,

Ulderico Santamaria, Giorgio Torraca   427

6.1 – Interventi di urgenza su parti a rischio   427

6.2 – Studio dei trattamenti consolidanti e protettivi   434

Consolidanti. Prove di esposizione sulla Torre   435

Protettivi. Prove di esposizione sulla Torre   443

Prove in camera ambientale   450

Valutazione sperimentale dei consolidanti per il “cantiere di progetto”   456

Abstract   458

7. Il cantiere di progetto per il restauro della Torre di Pisa, di Michele D’Elia,
Gisella Capponi   461

7.1 – Saggi operativi per l’individuazione delle metodologie d’intervento   461
Studi preliminari   461

L’individuazione delle aree per il “cantiere di progetto”   462

Criteri e prassi operative del cantiere di progetto   464

Le operazioni scelte per l’intervento   466

La documentazione del cantiere di progetto   475

7.2 – Linee guida del progetto di restauro   476

Abstract   486

DOCUMENTAZIONE DI RIFERIMENTO E BIBLIOGRAFIA   489
Affidamenti   489

Bibliografia   491