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 1
Introduction
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 bibliografìca 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 lòrre: 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 - Lappalto 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 - Lintervento temporaneo: il contrappeso con lingotti di piombo 167
7.3 - La soluzione dei l0 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. Lanello 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 l0 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 l’.xarnPles ol 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
DOCUMEN’lAZIONE 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 l0 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 Squeglia155
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 - Efiìcienza 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 sul1a 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 - Tomogratìa sonica 51
Cenni sul1a tecnica di misura e di rappresentazione 51
Risultati del1e 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 ternpomnei 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 ternpomnea, 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 struttumle, 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
Abstract 245
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 jònne 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-manujàtto, 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 infòrrnatico di gestione dei dati AKIRA GIS Server, di Michele D'Elia,
Fernando Veniale, Gisella Capponi, Stefania Lodola 419
5.1 - Il sistema AKlRA 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 delJe 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
DOCUMEN'IAZIONE DI RIFERIMENTO E BIBLIOGRAFIA 489
Affidamenti 489
Bibliogrfia 491
