L'intervention de stabilisation
Les précautions géotechniques: les plombs
la situation de risque qui avait été observée pour le clocher et qui avait induit à la fermeture au public, a poussé les experts à réaliser immédiatement quelques interventions provisoires et réversibles pour augmenter la sécurité et permettre ainsi de compléter les analyses et les études pour la mise au point des interventions définitives. Du point de vue géotechnique, face au fait que la Tour continuait à bouger d’environ 1,2 millimètre par an, l’intervention provisoire a consisté à appliquer au monument un contrepoids formé de grands lingots de plomb (mai 1993- juillet 1994). Sur un anneau en béton les plombs furent accumulés (au total environ 700 tonnes), posés sur le côté nord, entre les colonnes du premier étage, et avec une légère insistance à l’ouest; ils furent posés un à la fois, à intervalles de temps appropriés. Pendant et après leur application, l’inclinaison de la Tour a effectivement reculé vers le nord pour un total de 48 secondes d’arc.
Les précautions structurales: Le cerclage en acier
En 1992, par précaution structurale, un cerclage composé de câbles d’acier a été appliqué au second étage, (plus exactement à peine au-dessous de la première corniche et sur le parement externe de la première loggia) pour prévenir l’élargissement des fissures existantes et l’augmentation de l’instabilité du parement de marbre. À la fin des travaux de stabilisation, le cerclage installé en 1992 a été remplacé par un cerclage analogue mais moins visible.
Interventions géotechniques
Conclusions des études préliminaires
Du point de vue géotechnique, les études et les analyses avaient suggéré qu’une petite réduction de l’inclinaison de la Tour (un “retour vers le nord” d’environ un demi degré, c’est-à dire à peu près un dixième de l’inclinaison enregistrée en 1990) aurait suffi à bloquer l’augmentation de l’inclinaison et à améliorer de façon décisive et pour une longue période les conditions de stabilité. Cela aurait aussi allégé la tension de la structure de la construction et aurait permis de limiter au minimum les interventions de renforcement.
La sous-excavation
Le système choisi pour le “redressement” a été celui de la sous-excavation, c’est-à dire de l’extraction contrôlée de quantités déterminées de terre. Une série de tuyaux ont été enfilés obliquement dans le terrain pour arriver immédiatement sous les fondations; en travaillant comme des vrilles, ils ont extrait de la terre en quantité égale à leurs dimensions. Une fois les tuyaux enlevés, les petites cavités ainsi formées se sont progressivement fermées à cause de la pression du terrain, provoquant un très léger effondrement en surface. En appliquant cette technique dans la zone nord de la Tour, le clocher a été « descendu » vers le nord, diminuant ainsi l’inclinaison. L’opération extrêmement délicate a été calibrée et adaptée aux circonstances au cours de la réalisation, et effectuée par étapes, laissant au terrain le temps de se consolider entre une extraction et l’autre. Par rapport aux autres propositions, cette technique avait entre autre l’avantage d’être “invisible” et de ne pas altérer l’aspect du monument.
La "ligne critique"
Après les premières études et expérimentations faites en laboratoire en 1994, une expérimentation de sous-excavation à grande échelle fut effectuée sur la place en 1999, dans une zone spécialement prévue entre le Cimetière et les remparts. La tentative donna des résultats positifs, même si elle confirma, comme cela avait déjà été observé en laboratoire, l’existence d’une “ligne critique”, c’est-à dire d’un point outre lequel les effets de la sous-excavation deviennent négatifs: le clocher recommence à pivoter vers le sud.
Les étais
En 1997 on décida, avant d’effectuer tout essai directement sur la Tour, de créer une structure de sécurité pour faire face à d’éventuels imprévus. Le clocher fut donc “étayé”, c’est-à dire ancré au sol avec deux gros câbles d’acier (“étais”) qui tournaient autour du troisième niveau et étaient fixés à deux structures d’ancrage. Installés de façon souple, les étais auraient pu être mis en tension, à tout moment, en cas de besoin
Les premiers résultats
Après la mise en œuvre de l’étayage, une sous-excavation préliminaire, plus lente et distante des fondations que la sous-excavation définitive, fut entreprise en février 1999. Le résultat fut remarquable: même après l’arrêt des opérations, nécessaire pour consolider le terrain, la Tour continua à se déplacer vers le nord, si bien qu’en septembre 1999, elle était revenue en arrière de 130 secondes d’arc, revenant ainsi à l’inclinaison de 1968. On commença par la suite à éliminer les lingots de plomb en en ôtant quelques-uns et, à partir de cette date, les mouvements de la Tour s’arrêtèrent (à part naturellement les mouvements "naturels" et cycliques liés aux saisons).
La sous-excavation définitive
la sous-excavation définitive fut accomplie entre février 2000 et février 2001. Grâce à 41 perforations inclinées, 38 mètres cube de terre furent extraits, dont 70 pour cent au nord des fondations et les 30 pour cent restants sous celles-ci. Lors d’un des arrêts de l’opération, en août 2000, quelques plombs furent enlevés et on put ainsi vérifier que l’effet "en différé" de la sous-excavation avait empêché que la Tour ne revienne vers le sud. Les plombs restants furent éliminés en janvier 2001 et en juin on put enlever l’étayage.
La Tour se “redresse” d’un demi-degré
on a ainsi obtenu, le “redressement” prévu de la Tour d’un demi-degré. La situation actuelle est comparable à celle existante il y a deux cents ans environ, avant l’excavation de la Cuvette de 1838-1839, et il est probable qu’elle soit définitive: en effet, même si la tour recommençait à s’incliner de 6 secondes d’arc par an, (une prévision "exagérée" que les ingénieurs géotechniques jugent improbable), il faudrait 300 ans avant de revenir à la situation de 1990. Tout cela a été accompli sans altérer de façon importante l’aspect et la nature du monument.
Interventions structurales
Les interventions définitives du point de vue structural avaient pour but d’augmenter la résistance des zones critiques. Elles ont été précédées par une vaste campagne d’études et d’analyses sur l’état des structures, qui a fourni un schéma détaillé de l’ "état de santé" de la Tour avant les travaux de consolidation; cela pourra servir à l’avenir comme point de repère pour évaluer l’évolution de la situation.
Les extensomètres
Les études ont commencé après la réalisation d’un relevé architectural complet, qui a permis entre autre d’identifier les fissures “critiques” dans lesquelles installer des senseurs de monitorage (“extensomètres”) qui “épient” tout agrandissement des fissures et donc une éventuelle aggravation des conditions de la structure. La comparaison du nouveau relevé avec celui réalisé en 1965-1971 a montré qu’à partir de ce moment-là de nouvelles fissures sont apparues dans le secteur sud-ouest, sur le plafond et sur les marches de l’escalier, dans le parement en marbre, dans les voûtes des loggias, avec de vraies ruptures dans les architraves des loggias.
Autres examens sur la Tour
Entre 1990 et 1994, ce relevé pierre par pierre a été complété par une série d’études non destructives et par des examens effectués dans le corps du monument pour découvrir des cavités et des creux non visibles à l’œil nu. Cela a été possible en combinant les données obtenues lors de divers examens: la thermographie à infrarouge qui révèle d’éventuelles cavités dans la construction en mesurant la différence de température en surface; le radar, qui révèle la présence de cavités ou fractures selon la réflexion des ondes électromagnétiques dans la construction; la tomographie sonique, c’est-à dire la mesure des temps de parcours du son à travers les maçonneries, l’endoscopie couleur, faite par de petits trous en profondeur appelés "carottages ", ouverts dans le mur par l’extérieur; et quelques prélèvements de matériel.
L’identification dynamique
Les mouvements de la Tour ont été reconstruits et mesurés tant en conditions “normales” qu’en présence d’événements exceptionnels: par exemple ceux liés au changement de température dans l’arc de la journée et de l’année (à cause de la dilatation due à la chaleur et au refroidissement nocturne des pierres, le sommet de la Tour se déplace en dessinant une ellipse, dans l’arc des 24 heures,) ou à l’effet d’un séisme, simulé grâce à l’installation de masses vibrantes sur la Tour. Le résultat de ces mesurages ainsi que d’autres qui ont été effectués est "l’identification dynamique" du clocher, qui montre son comportement sous l’effet de vents ou de tremblements de terre. Celle spécialement effectuée sur les colonnes a montré la réaction de chaque colonne à ces sollicitations.
L’intervention structurale définitive
L’intervention structurale définitive a été réalisée en 1998-1999. Dans la " zone critique" du premier et second niveau sous-déclivité, la construction a été consolidée par des injections de mortier et grâce à l’insertion de barres en acier inoxydable; des barres du même genre ont été utilisées également pour renforcer les architraves de la loggia et leur lien avec le parement externe de la Tour. À la place du cerclage provisoire, un cerclage moins visible a été installé, en fil d’acier inoxydable de 4 millimètres de diamètre. Pour préserver et augmenter la stabilité de la Cuvette, le mur externe a été renforcé; en outre, une série de câbles d’acier, préalablement mis en tension, enterrés tout autour du clocher et placés sous le pavement de la Cuvette ont renforcé le lien entre la Cuvette et la Tour.
Le monitorage
En 1991, en prévision des premiers travaux sur le clocher, les experts se rendirent compte qu’il n’existait pas d’instruments adéquats pour mesurer les réactions du monument, sur un bref arc de temps, lors des interventions. L’inclinomètre Girometti-Bonechi et le niveau du Génie Civil, actifs depuis 1934, n’étaient en effet en mesure de fournir des données fiables que pour de longues périodes. Pour cela, on a projeté et installé un nouveau système de monitorage, qui restera en place même après la conclusion des travaux et continuera à fournir toutes les données nécessaires pour mesurer l’état de santé du Clocher en toute condition.
Le nouveau système comprend un monitorage statique et un monitorage dynamique. Le monitorage statique est actuellement effectué par quatre groupes d’instruments.
1. Trois pendules à fil et des "télécoordinomètres", placés sur quatre niveaux, qui, percevant le déplacement en horizontal des points sur la surface interne du Clocher, indiquent d’éventuels déplacements de l’axe vertical du monument.
2. Dix extensomètres électriques mesurent les variations des fissures de la structure en conditions normales.
3. Une “petite cabane météo” enregistre les données environnementales (rayonnement solaire, température, vitesse et direction du vent)
4. Cinq acceléromètres enregistrent les éventuelles vibrations de la Tour sous l’effet par exemple d’événements sismiques.
Ce système complexe fournit à tout instant le cadre exact de la situation du Clocher. Au cours des années, il a permis en outre de comprendre quels sont les mouvements et les altérations que subit la Tour, en conditions normales, en relation au cycle de la journée et de l’année, donc de la variation de température, des radiations solaires, du vent.
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