Le precauzioni geotecniche: i piombi
La situazione di rischio che era stata osservata nel Campanile e che aveva portato alla sua chiusura al pubblico ha spinto gli esperti a realizzare subito alcuni interventi provvisori e reversibili che aumentassero la sicurezza e dessero il tempo di completare le analisi e gli studi per mettere a punto gli interventi definitivi. Dal punto di vista geotecnico, di fronte al fatto che la Torre continuava a muoversi di circa 1,2 millimetri l’anno, l’intervento temporaneo consisté nell’applicazione al monumento di un contrappeso formato da grandi lingotti di piombo (maggio 1993 - luglio 1994). Sopra un anello in calcestruzzo furono accumulati i piombi (in totale circa 700 tonnellate), posti sul lato nord, fra le colonne del primo ordine, e con una leggera insistenza verso ovest; furono posati uno alla volta, con opportuni intervalli di tempo. Durante e dopo la loro applicazione, l’inclinazione della Torre è arretrata effettivamente verso nord per un totale di 48 secondi d’arco.
Le precauzioni strutturali: la cerchiatura d'acciaio
Come cautela strutturale, nel 1992 fu applicata al secondo ordine (più esattamente, appena al di sotto della prima cornice e sul paramento esterno del primo loggiato) una cerchiatura composta di cavi in acciaio per prevenire l’allargamento delle fessure esistenti e l’aumento dell’instabilità del paramento di marmo. Alla fine dei lavori di stabilizzazione la cerchiatura installata nel 1992 è stata sostituita da una cerchiatura analoga ma meno visibile.
Interventi geotecnici
Le conclusioni degli studi preliminari
Dal punto di vista geotecnico, gli studi e le analisi avevano suggerito che una piccola riduzione dell’inclinazione della Torre (un 'ritorno verso nord' di circa mezzo grado, cioè circa un decimo dell’inclinazione registrata nel 1990) sarebbe bastata a fermare l’aumento della pendenza e a migliorare in modo decisivo e per un lungo periodo le condizioni di stabilità. Ciò avrebbe anche alleggerito la tensione della struttura muraria, e permesso di limitare al minimo gli interventi di rinforzo.
La sottoescavazione
Il sistema scelto per il 'raddrizzamento' è stato quello della sottoescavazione, cioè dell’asportazione controllata di determinate quantità di terreno. Una serie di tubi vengono infilati obliquamente nel terreno fino ad arrivare immediatamente sotto le fondazioni; lavorando come delle trivelle, essi hanno estratto terreno in quantità pari alle loro dimensioni. Una volta tolti i tubi, le piccole cavità così formate si sono chiuse progressivamente per la pressione del terreno, provocando un leggerissimo cedimento in superficie. Applicando questa tecnica nella zona a nord della Torre, il Campanile è stato fatto ‘scendere’ verso nord, diminuendo così l’inclinazione. L’operazione, estremamente delicata, è stata calibrata e adattata alle circostanze nel corso della realizzazione e condotta per tappe, lasciando al terreno il tempo di consolidarsi fra un’estrazione e l’altra. Rispetto ad altre proposte, questa tecnica aveva tra l’alto il pregio di essere 'invisibile' e di non alterare l’aspetto del monumento.
La 'linea critica'
Dopo i primi studi ed esperimenti in laboratorio, iniziati nel 1994, nel 1999 fu condotto nella piazza, in una zona appositamente predisposta fra il Camposanto e le mura, un esperimento di sottoescavazione in grande scala. Il tentativo dette risultati positivi, anche se confermò, come era già stato osservato in laboratorio, l’esistenza di una 'linea critica', ossia di un punto oltre il quale gli effetti della sottoescavazione diventano negativi: il Campanile cioè torna a ruotare verso Sud.
Gli stralli
Nel 1997 si decise, prima di effettuare qualsiasi prova direttamente sulla Torre, di creare una struttura di sicurezza per far fronte ad eventuali imprevisti. Il Campanile fu dunque «strallato», ossia ancorato al suolo con due grossi cavi d’acciaio («stralli») che giravano intorno al terzo ordine ed erano fissati a due strutture di ancoraggio. Installati in posizione allentata, gli stralli avrebbero potuto essere messi in tensione, in caso di bisogno, in qualsiasi momento.
I primi risultati
Messa in opera la strallatura, nel febbraio 1999 fu dato inizio ad una sottoescavazione preliminare, più lenta e distante dalla fondazione di quella definitiva. Il risultato fu notevole: anche dopo l’arresto delle operazioni, necessario a far consolidare il terreno, la Torre continuò a spostarsi verso nord, tanto che nel settembre 1999 era 'arretrata' di 130 secondi d’arco, tornando alla pendenza del 1968. Si iniziò successivamente la rimozione dei lingotti di piombo asportandone alcuni e i movimenti della Torre, da quella data, si fermarono (a parte, naturalmente, quelli 'naturali' e ciclici legati alle stagioni).
La sottoescavazione definitiva
La sottoescavazione definitiva fu compiuta tra il febbraio 2000 e il febbraio 2001. Tramite 41 perforazioni inclinate sono stati estratti 38 metri cubi di terreno, di cui il 70 per cento a nord delle fondazioni ed il restante 30 per cento sotto di esse. Durante una delle pause dell’operazione, nell’agosto 2000, sono stati tolti alcuni piombi e si è potuto verificare che l’effetto 'in differita' della sottoescavazione è riuscito ad impedire che la Torre tornasse verso sud. I piombi rimanenti sono stati rimossi nel gennaio 2001 e nel giugno si è potuta togliere la strallatura.
La Torre si 'raddrizza' di mezzo grado
È stato così ottenuto il previsto 'raddrizzamento' della Torre di mezzo grado. La situazione attuale è quella di circa duecento anni fa, prima dello scavo del Catino del 1838-1839, ed è probabile che rimanga definitiva: infatti, se anche la Torre ricominciasse ad inclinarsi di ben 6 secondi d’arco l’anno (una prospettiva 'esagerata', che gli ingegneri geotecnici ritengono improbabile), ci vorrebbero 300 anni prima di tornare alla situazione del 1990. Tutto ciò è stato compiuto senza alterare in modo apprezzabile l’aspetto e la natura del monumento.
Interventi strutturali
Gli interventi definitivi dal punto di vista strutturale avevano lo scopo di aumentare la resistenza delle zone critiche. Sono stati preceduti da una vasta campagna di studi e analisi sullo stato delle strutture, che ha fornito una mappatura dettagliatissima dello 'stato di salute' della Torre prima dei lavori di consolidamento; questa potrà servire, in futuro, come termine di riferimento per valutare l’evolversi della situazione.
I deformometri
Gli studi sono partiti dalla realizzazione di un rilievo architettonico completo, che ha permesso fra l’altro di identificare le fessure 'critiche' nelle quali installare dei sensori di monitoraggio («deformometri») che 'spiano' ogni ingrandimento delle fessure e dunque l’eventuale aggravarsi delle condizioni della struttura. Il confronto del nuovo rilievo con quello realizzato nel 1965-1971 ha mostrato che da allora sono comparse nuove fessure nel settore sud-ovest, sul soffitto e sui gradini della scala, nel paramento in marmo, nelle volte dei loggiati; con vere e proprie rotture negli architravi dei loggiati.
Altri esami sulla Torre
Tra il 1990 e il 1994 questa mappatura pietra per pietra è stata integrata da une serie di indagini non distruttive e da esami effettuati nel corpo del monumento per individuare cavità e vuoti non visibili ad occhio nudo. Ciò è stato possibile combinando i dati ottenuti da esami diversi: la termografia all'infrarosso, che rivela eventuali cavità dentro la muratura misurando la differenze di temperatura in superficie; il radar, che rivela la presenza di cavità o fratture in base alla riflessione nella muratura delle onde elettromagnetiche); la tomografia sonica, cioè la misurazione dei tempi di percorrenza del suono attraverso la muratura; l'endoscopia a colori, condotta da piccoli fori in profondità, detti «carotaggi», aperti nel muro dall’esterno; e alcuni prelievi di materiale.
L'identificazione dinamica
Sono stati anche ricostruiti e misurati i movimenti della Torre sia in condizioni 'normali' sia in presenza di eventi eccezionali: ad esempio quelli legati al cambiamento di temperatura nell’arco del giorno e dell’anno (per la dilatazione dovuta al calore e al raffreddamento notturno delle pietre, il vertice della Torre si muove disegnando, nell’arco delle 24 ore, un'ellissi) o l’effetto di un sisma, simulato con l’installazione di masse vibranti sulla Torre. Il risultato di queste ed altre misurazioni è la cosiddetta «identificazione dinamica» del Campanile, che mostra come esso si comporta sotto l’effetto di venti o terremoti. Quella specificatamente condotta sul colonnato ha mostrato la reazione a queste sollecitazioni di ogni singola colonna.
L'intervento strutturale definitivo
Nel 1998-1999 è stato realizzato l'intervento strutturale definitivo. Nella 'zona critica' del primo e secondo ordine sottopendenza la muratura è stata consolidata con iniezioni di malte e con l'inserimento di barre in acciaio inossidabile; barre dello stesso tipo sono state usate anche per rafforzare gli architravi del loggiato e il loro legame con il paramento esterno della Torre. Al posto della cerchiatura provvisoria ne è stata installata una meno visibile, in filo d'acciaio inossidabile del diametro di 4 millimetri. Per preservare e aumentare la stabilità del Catino ne è stato rinforzato il muro esterno; inoltre una serie di cavi d'acciaio interrati tutt'intorno al Campanile, posti sotto il pavimento del Catino e pretesi, hanno rinsaldato il legame fra il Catino e la Torre.
Il monitoraggio
Nel 1991, in previsione dei primi lavori sul Campanile, gli esperti si resero conto che non esistevano strumenti adeguati per misurare le reazioni del monumento agli interventi, su un arco di tempo breve. L'inclinometro Girometti-Bonechi e la livella del Genio Civile, attivi dal 1934, non erano in grado, infatti, di fornire dati affidabili se non su periodi lunghi. Per questo è stato progettato e installato un nuovo sistema di monitoraggio, che, rimasto in loco anche dopo la conclusione dei lavori, continuerà a fornire tutti i dati necessari per misurare lo stato di salute del Campanile in qualsiasi condizione.
Il nuovo sistema comprende un monitoraggio statico e uno dinamico. Il monitoraggio statico è attualmente effettuato da quattro gruppi di strumenti.
1) Tre pendoli a filo e dei telecoordinometri, posti su quattro livelli, che, percependo lo spostamento in orizzontale di punti sulla superficie interna del Campanile, indicano eventuali spostamenti dell'asse verticale del monumento.
2) Dieci deformometri elettrici misurano le variazioni delle fessure della struttura in condizioni normali.
3) Una “capannina meteo” registra i dati ambientali (irraggiamento solare, temperatura, velocità e direzione del vento)
4) Cinque accelerometri registrano eventuali vibrazioni della Torre per effetto, ad esempio, di eventi sismici
Questo complesso sistema fornisce in ogni momento il quadro esatto della situazione del Campanile. Nel corso di alcuni anni, ha permesso inoltre di capire quali sono i movimenti e le alterazioni che la Torre subisce, in condizioni normali, in relazione al ciclo del giorno e dell'anno, dunque del variare della temperatura, delle radiazioni solari, del vento.
