Geotechnische Vorsichtsmaßnahmen: die Bleiblöcke
Das mit dem Turm verbundene Risiko, das zu seiner Schließung geführt hatte, veranlasste die Experten dazu, sofort einige provisorische und reversible Eingriffe zu tätigen, mit dem Ziel, eine größere Sicherheit zu erreichen und Zeit für die Beendigung der Untersuchungen und Studien zu gewinnen, um die definitiven Maßnahmen beschließen zu können. Angesichts der Tatsache, dass der Turm sich um ca. 1,2 mm pro Jahr neigte, bestand aus geotechnischer Sicht die vorübergehende Maßnahme darin, am Turm ein Gegengewicht, bestehend aus großen Bleibarren, anzubringen (Mai 1993 - Juli 1994). Die Bleiblöcke (insgesamt ca. 700 Tonnen) wurden an der Nordseite auf einem Betonring sowie zwischen den Säulen des ersten Stockwerks und mit einem leichten Mehrgewicht Richtung Westen aufgehäuft; dabei wurde einer nach dem anderen, in angemessenen Zeitabständen, aufgesetzt. Während und nach dieser Maßnahme ist die Neigung des Turms messbar zurückgegangen, insgesamt um ca. 48 Bogensekunden.
Strukturelle Vorsichtsmaßnahmen: der Stahlring
Als strukturelle Maßnahme wurde 1992 am zweiten Stockwerk (genauer gesagt, genau unter dem ersten Gesims und an der Außenmauer der ersten Säulengalerie) ein Ring aus Stahlseilen befestigt, um einer Vergrößerung der vorhandenen Risse und einer Zunahme der Instabilität der Marmorwand vorzubeugen. Nach Ende der Stabilisierungsarbeiten ist der 1992 angebrachte Ring durch einen analogen, aber weniger sichtbaren Ring ersetzt worden.
Geotechnische Eingriffe
Die Ergebnisse der Voruntersuchungen. Aus geotechnischer Sicht hatten die Untersuchungen und Analysen suggeriert, dass eine geringe Reduzierung der Turmneigung (eine "Rückkehr nach Norden" von ca. einem halben Grad, d. h. ca. einem Zehntel der 1990 registrierten Neigung) genügen würde, um die Zunahme der Schieflage zu verhindern und auf entscheidende Weise und lange Sicht die Stabilität des Turms zu verbessern. Dies würde auch die Spannung im Mauerwerk verringern und eine Beschränkung der Verstärkungsmaßnahmen auf ein Minimum ermöglichen.
Die Bodenextraktion
Die Methode, die gewählt wurde, um den Turm "geradezurücken", war die der Bodenextraktion, das heißt der kontrollierten Entfernung einer bestimmten Menge an Erdmaterial. Eine Reihe von Rohren, die bis direkt unter das Fundament reichten, wurde schräg in den Boden gesteckt; da sie wie Bohrer funktionierten, haben sie jeweils eine ihrer Größe entsprechende Menge an Erde herausgezogen. Nach der Entfernung der Rohre haben sich die durch sie geformten kleinen Hohlräume durch den Druck des Bodens langsam geschlossen, so dass sich die Bodenoberfläche leicht senkte. Indem diese Technik im Bereich nördlich des Turms angewandt wurde, hat man den Kampanile im Norden einsinken lassen und so seine Neigung verringert. Dieses extrem heikle Verfahren wurde im Laufe der Anwendung verändert und den Umständen angepasst und außerdem etappenweise ausgeführt, damit der Erdboden zwischen den einzelnen Extraktionen Zeit hatte, sich zu festigen. Im Vergleich zu anderen Vorschlägen hatte diese Technik u. a. den Vorzug "unsichtbar" zu sein und nicht das Äußere des Turms zu entstellen.
Die "kritische Linie"
Nach den ersten Untersuchungen und Laborexperimenten, mit denen man 1994 begonnen hatte, wurde im Jahr 1999 auf dem Platz, in einem extra dafür festgelegten Bereich zwischen dem Camposanto und der Stadtmauer, ein Extraktionsexperiment in großem Maßstab durchgeführt. Der Versuch führte zu positiven Ergebnissen, wenngleich bestätigt wurde, was man bereits im Labor beobachtet hatte, nämlich die Existenz einer "kritischen Linie", d. h. einem Punkt, über welchen hinaus die Folgen der Extraktion negativ werden: Der Kampanile würde sich wieder Richtung Süden bewegen.
Die Stahlseile
1997 wurde beschlossen, vor der Ausführung jeglicher Art von Verfahren direkt am Turm, einen Sicherheitsrahmen zu erschaffen, um unvorhergesehenen Ereignissen begegnen zu können. Der Kampanile wurde daher "angeseilt", d. h. mit zwei dicken Stahlkabeln im Boden verankert. Diese wurden um den dritten Stock herum angebracht und an zwei Verankerungsgestellen befestigt. Die Seile wurden lose verankert und hätten im Bedarfsfall jederzeit gespannt werden können.
Die ersten Ergebnisse
Nachdem die Seile angebracht waren, wurde im Februar 1999 mit einer Extraktion im Vorfeld begonnen, langsamer als die definitive und weiter vom Fundament entfernt. Das Ergebnis war bemerkenswert: Auch nach der Unterbrechung der Arbeiten (damit sich der Boden festigen konnte), bewegte sich der Turm weiter Richtung Norden, so dass er im September 1999 um 130 Bogensekunden "zurückgewichen" war und damit dieselbe Neigung hatte wie 1968. Man begann daraufhin mit der Entfernung einiger Bleiblöcke, und der Turm stand von diesem Datum an still (abgesehen von den "natürlichen" zyklischen, an die Jahreszeiten gebundenen Bewegungen).
Die definitive Bodenextraktion
Die definitive Bodenextraktion wurde in dem Jahr zwischen Februar 2000 und Februar 2001 durchgeführt. Mittels 41 schrägen Bohrungen sind 38 Kubikmeter Erde entfernt worden, davon 70 Prozent nördlich des Fundaments und die restlichen 30 Prozent darunter.
Während einer der Arbeitspausen, im August 2000, wurden einige Bleibarren entfernt, und man konnte feststellen, dass die "zeitversetzte" Wirkung der Bodenextraktion eine erneute Bewegung des Turms Richtung Süden verhinderte. Die letzten Bleibaren hat man im Januar 2001 entfernt, und im Juni konnte man die Seile abnehmen.
Der Turm richtet sich um einen halben Grad auf
Auf diese Weise wurde der Turm wie vorgesehen um einen halben Grad "begradigt". Die jetzige Situation ist dieselbe wie vor ca. 200 Jahren, bevor 1838-1839 das Becken am Sockel in den Boden gegraben wurde, und wahrscheinlich bleibt sie auch so: Denn selbst wenn der Turm wieder anfangen würde, sich um 6 Bogensekunden im Jahr zu neigen (eine "übertriebene" Perspektive, die die geotechnischen Ingenieure für unwahrscheinlich halten), bräuchte man 300 Jahre bevor die Schieflage von 1990 wieder erreicht wäre. All das ist durchgeführt worden, ohne auf bemerkenswerte Art das Äußere und das Wesen des Turms zu verändern.
Strukturelle Maßnahmen
Die definitiven Eingriffe im Hinblick auf die Baustruktur hatten das Ziel, die Belastbarkeit der kritischen Bereiche zu stärken. Ihnen ging eine große Forschungs- und Untersuchungskampagne über den Zustand des Mauerwerks voraus, die einen absolut detaillierten Plan vom "Gesundheitszustand" des Turms vor den Konsolidierungsmaßnahmen lieferte; dieser kann in Zukunft als Bezugspunkt dienen, um die Entwicklung der Situation zu beurteilen.
Die Deformeter
Die Untersuchungen basieren auf einer vollständigen architektonischen Erhebung, die unter anderem ermöglicht hat, die "kritischen" Risse auszumachen, in denen die Überwachungssensoren (Deformeter) angebracht werden sollten, die jede Vergrößerung der Risse und daher u. U. eine Verschlechterung der Strukturbedingungen beobachten. Der Vergleich der neuen Erhebung mit der aus den Jahren 1965-1971 hat gezeigt, dass seit der Zeit im süd-westlichen Sektor, in der Decke und auf den Treppenstufen, in der Marmorwand und in den Bögen der Säulengänge neue Risse aufgetreten sind; mit regelrechten Brüchen in den Architraven der Säulengalerien.
Weitere Untersuchungen am Turm
Zwischen 1990 und 1994 ist dieser Plan Stein für Stein durch eine Reihe nicht zerstörerischer Untersuchungen und Tests, die am Hauptteil des Turms durchgeführt wurden, um mit bloßem Auge nicht sichtbare Hohlräume und Lücken auszumachen, ergänzt worden. Dies wurde durch die Kombination der Ergebnisse verschiedener Untersuchungen erreicht: Mit der Infrarot-Thermografie entdeckt man eventuelle Hohlräume im Mauerwerk, indem die Temperaturunterschiede an der Oberfläche gemessen werden; der Radar erspürt die Anwesenheit von Hohlräumen oder Sprüngen auf der Basis der Reflexionen der elektromagnetischen Wellen an der Oberfläche; die Schalltomografie misst die Zeit, die der Klang benötigt, um das Mauerwerk zu durchqueren; die Endoskopie wird von kleinen, tiefen Löchern aus durchgeführt, die mit sogenannten Kernbohrungen von außen in die Mauer gebohrt werden; und schließlich wurde auch entnommenes Baumaterial untersucht.
Die dynamische Identifizierung
Auch die Bewegungen des Turms wurden rekonstruiert und gemessen, und zwar sowohl unter "normalen" Bedingungen, als auch bei außergewöhnlichen Ereignissen; z. B. die, die an Temperaturveränderungen im Laufe eines Tages bzw. Jahres gebunden sind (Durch die Ausdehnung bei Wärme und das Abkühlen der Steine in der Nacht beschreibt der Turm bei seiner Bewegung im Laufe von 24 Stunden eine Ellipse) oder die Auswirkung eines Erdbebens, was mit der Installierung von vibrierenden Körpern auf dem Turm simuliert wurde. Das Ergebnis dieser und anderer Messungen ist die sogenannte "dynamische Identifizierung" des Glockenturms, die aufzeigt, wie er sich unter dem Einfluss von Winden oder Erdbeben verhält. Eine speziell an den Säulenreihen durchgeführte Messung hat die Reaktion jeder einzelnen Säule auf diese Belastungen gezeigt.
Die definitiven strukturellen Maßnahmen
1998-1999 wurden die definitiven strukturellen Maßnahmen durchgeführt. Im "kritischen Bereich" des ersten und zweiten Stockwerks auf der Neigungsseite wurde das Mauerwerk durch Mörtelinjektionen und das Einfügen von rostfreien Stahlstäben gefestigt; Stäbe derselben Art wurden auch dazu verwendet, die Architrave der Säulenreihen und deren Verbindung zur Außenwand des Turms zu verstärken. Der provisorische Stahlring wurde durch einen weniger sichtbaren ersetzt, aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 4 Millimetern. Um die Stabilität des Beckens am Sockel zu bewahren bzw. zu verbessern, wurde dessen äußeres Mauerwerk verstärkt; außerdem haben eine Reihe von Stahlkabeln, die unterirdisch um den Turm herum unter dem Beckenboden angebracht und vorgespannt wurden, die Verbindung zwischen Becken und Turm gefestigt.
Die Überwachung
In Voraussicht auf die ersten Arbeiten am Glockenturm stellten die Experten 1991 fest, dass keine angemessenen Instrumente existierten, um in einer kurzen Zeitspanne die Reaktionen des Monuments auf die Eingriffe zu messen. Der Neigungsmesser von Girometti und Bonechi sowie die Maurerwaage des Bauamts, die 1934 benutzt wurden, waren nämlich nicht in der Lage zuverlässige Daten zu liefern, wenn es sich nicht um lange Zeitspannen handelte. Daher wurde ein neues Überwachungssystem entworfen und installiert, dass, da es auch nach Abschluss der Arbeiten vor Ort geblieben ist, weiterhin alle Daten liefert wird, die notwendig sind, um den Gesundheitszustand des Turms in jeder Situation zu kontrollieren.
Das neue System beinhaltet eine statische und eine dynamische Überwachung. Die statische Überwachung wird zur Zeit von vier Arten von Instrumenten durchgeführt.
1) Drei auf vier Ebenen angebrachte Fadenpendel mit Fernablesegeräten, die die horizontale Verlagerung von Punkten auf der Innenoberfläche des Turms wahrnehmen, zeigen eventuelle Verschiebungen der vertikalen Achse des Monuments an.
2) Zehn elektrische Deformeter messen die Veränderungen der Risse in der Baustruktur unter normalen Bedingungen.
3) Ein "Wetterhäuschen" registriert die Umweltdaten (Sonneneinstrahlung, Temperatur, Windrichtung und -geschwindigkeit). Fünf Beschleunigungsmesser registrieren eventuelle Schwingungen des Turms, z. B. aufgrund von seismischen Ereignissen.
4) Dieses komplexe System liefert in jedem Moment das genaue Bild von der Situation des Glockenturms.
Im Laufe einiger Jahre ist es so möglich gewesen zu verstehen, welchen Bewegungen und Veränderungen der Turm bei normalen Bedingungen, in Bezug auf den Tages- und Jahreszyklus, also die Veränderung der Temperatur, der Sonnenstrahlen und des Windes, unterzogen ist.
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