Caratterizzazione di alcuni strati superficiali, mediante analisi infrarossa, presenti sulle colonne della Torre di Pisa

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1.2 Fasi costruttive 
La costruzione, che ha avuto inizio nel 1173, è stata realizzata in 3 successive 
fasi: 
dal 1173 al 1178 con la costruzione dei primi 3 ordini, 
dal 1272 al 1278 vennero aggiunti altri 4 loggiati, 
tra il 1360 e il 1370 si aggiunge la cella campanaria. 
Gli intervalli trascorsi tra le successive fasi sono rilevabili dalla presenza di filari di 
conci variamente dimensionati, e che furono utilizzati per riportare in piano la quota 
che era stata raggiunta nella precedente fase costruttiva.[1] 
La torre di Pisa nel corso della sua lunga vita, è stata sottoposta a numerosi interventi 
di riparazione e manutenzione che hanno comportato talvolta anche sostituzioni di 
parti non sempre avvalendosi dei medesimi materiali originari. Cosi ad esempio già 
nel 1394, epoca in cui avvenne la sostituzione di quattro colonne con le loro relative 
basi e capitelli, il marmo di San Giuliano impiegato per i paramenti e il calcare grigio 
di Filettole impiegato per le decorazioni venne progressivamente sostituito da marmi 
bianchi e grigi provenienti dalle cave di Carrara. Si addivenne ad una profonda 
trasformazione dei materiali.  
 
1.3 Cenni storici 
Rivestito quasi completamente di marmo bianco, il monumento è alto 58.36 
metri sul piano di fondazione; il suo peso è stato calcolato in 14,453 tonnellate. Il 
baricentro si trova 22.6 metri al di sopra del piano di fondazione e quest’ultima 
presenta un diametro esterno di 19.58 metri. L’inclinazione attuale è di circa 55  gradi 
e cioè circa il 10%. 
Fondata nel 1173 con funzione di campanile annesso al Duomo (iniziato nel 
1064 dall’architetto Buscheto) e al Battistero (iniziato nel 1152 dall’architetto 
Deotisalvi) nella “Piazza dei Miracoli”, la torre pendente viene generalmente ritenuta 
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opera di Bonanno. Nel corso di alcuni scavi condotti nel XIX secolo alla base del 
Campanile, infatti, è stata ritrovata un’urna con questo nome, che si è ritenuto fosse 
allusivo al costruttore della torre. 
Possiede una pianta circolare, interamente rivestita di marmo bianco. 
Nell'ordine inferiore della torre si evidenziano colonne addossate al muro con 
capitelli classici, arcate cieche e losanghe. I 
lavori proseguirono sotto la guida di Bonanno 
che nel 1180 scolpì le quattro porte di bronzo 
della cattedrale, delle quali però ne resta solo 
una.  
L’edificio attuale, risultato di una lunga 
vicenda costruttiva ed oggetto nel corso dei 
secoli di numerose campagne di restauro, volte 
in primo luogo a contenere i pericoli di crollo 
sollevati dall’evidente pendenza, è costituito 
da un corpo cilindrico di muratura, circondato 
da loggiati con archi e colonne che poggiano 
sul tronco di base e sono sormontati da una cella campanaria. Il corpo centrale della 
struttura è composto da un cilindro cavo, costituito da un paramento esterno in conci 
sagomati in calcare di San Giuliano bianco e grigio. All’interno di questa zona di 
muratura è ricavata una scala elicoidale  che, con 293 scalini, monta fino al sesto 
loggiato, dove il pozzo interno è concluso – la cella campanaria – da una volta con un 
occhio centrale per il passaggio della luce, consentendo l’accesso alla cella 
campanaria soprastante e, nei tratti intermedi inferiori, ai diversi loggiati. Ai lati del 
portale, alcuni fregi figurati con decorazioni animali e mostruose, e con una singolare 
raffigurazione di navi, accompagnano l’epigrafe commemorativa della fondazione 
dell’edificio. Infatti un’iscrizione apposta sulla parete destra della porta di ingresso 
documenta la data di avvio dei lavori di costruzione dell’edificio, A.D. MCLXXIV. 
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CAMPANILE HOC FUIT FUNDATUM MENSE AUGUSTI (nell’anno del Signore 
1174, nel mese di Agosto, fu fondato questo campanile). 
 
1.4 I materiali della torre 
I materiali con cui fu costruita la torre di Pisa sono in gran parte provenienti dalle 
cave delle montagne più vicine alla città, essendo all’epoca il trasporto delle pietre da 
costruzione una delle voci che tendeva a far alzare maggiormente il costo finale 
dell’opera da realizzare. Si possono dunque individuare principalmente i marmi di 
San Giuliano, provenienti dalla zone di spartiacque fra le valli del Serchio e 
dell’Arno, ma anche i più famosi marmi apuani, come il bianco e il grigio bardiglio, 
delle celebri cave di Carrara, e infine il calcare delle colline di Filettole, una regione 
lungamente contesa con Lucca ma all’epoca della fabbrica della Torre sotto il 
dominio pisano. [2] 
 
1.4.1 Marmo di San Giuliano 
Il marmo di San Giuliano è il materiale costitutivo fondamentale non solo della torre, 
ma di tutto il complesso monumentale di Piazza dei Miracoli. È un marmo di 
granulometria molto fine, che gli conferisce un aspetto poco cristallin-traslucido, e si 
presenta in varietà molto differenti per colorazione e tessitura. Il colore varia dal 
grigio più o meno scuro fino al bianco, e dal giallo grigiastro al rosato, talora molto 
intenso. Dal punto di vista tessiturale è in genere molto ornato, con venature frequenti 
e irregolari, fino ad assumere aspetti brecciati, con clasti marmorei chiari immersi in 
matrice grigia o rosata. Nella torre tali varietà sono diversamente distribuite: in 
genera, gli ordini costruiti nella prima fase di costruzione (primo ordine e parte del 
quarto ordine) presentano un aspetto più omogeneo, con marmo di colore grigio 
chiaro e grigio-giallastro; nella seconda e terza fase si rileva invece un maggiore 
utilizzo di varietà gialle-rosate e rosate. È difficile stabilire se tale distribuzione sia 
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legata a scelte di selezione dei materiali o piuttosto al diverso materiale disponibile, 
seguendo le zone di estrazione in cava. 
Naturalmente il marmo di San Giuliano è il materiale lapideo originario, tuttavia 
rispetto ai singoli elementi architettonici sono state operate numerose sostituzioni con 
lo stesso litotipo, cosi come sono state eseguite frequenti rilavorazioni superficiali 
evidenziate dal rinvenimento di vari segni di lavorazione sovrapposti; ciò rende 
complessa l’attribuzione a interventi manutentivi o a rilavorazione di elementi 
originari. 
 
1.4.2 Marmi apuani: bianco e grigio Bardiglio 
I marmi apuani si differenziano dal marmo di San Giuliano per maggiore 
granulometria e omogeneità di colore (dal bianco al grigio più o meno scuro). Le 
tessiture variano da omogenee a venate, da arabescate a brecciate. Il marmo grigio 
Bardiglio ha una granulometria più fine rispetto alle varietà bianche, tale da conferire 
al materiale un aspetto non traslucido, che lo rende molto simile al marmo di San 
Giuliano grigio scuro. Il marmo apuano è stato sicuramente utilizzato per operare 
numerose sostituzioni; tuttavia, in riferimento ai singoli elementi (ad esempio alcune 
colonne) non si può escludere che sporadicamente siano stati utilizzati, anche durante 
la costruzione, manufatti di reimpiego in marmo apuano bianco. 
I marmi apuani bianco-grigio chiaro sono stati utilizzati per sostituire il marmo di San 
Giuliano: in questo senso sono state rilevate varietà di marmi apuani non 
particolarmente pregiate e pure, bensì variamente ornate, probabilmente per 
conformarsi all’aspetto estetico del marmo di San Giuliano, decisamente eterogeneo. 
Il marmo apuano grigio Bardiglio è stato utilizzato per sostituire sia il calcare di 
Filettole nelle ornamentazioni scure, sia alcuni elementi architettonici del loggiato 
(colonne, mensole, basi) originariamente in marmo di san giuliano, forse di 
colorazione grigia marcata. 
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Le sostituzioni operate con marmi apuani hanno interessato con diversa incidenza 
tutte le parti della torre, ma sono maggiormente frequenti negli elementi architettonici 
del loggiato, più esposti e lavorati (capitelli, colonne, basi di colonna, mensole, conci 
degli archetti); per essi si rileva un progressivo aumento delle sostituzioni procedendo 
verso gli ordini superiori. 
 
1.4.3 Calcare grigio di Filettole 
È stato usato unicamente per le tipiche ornamentazioni scure della Torre. Si tratta di 
un calcare di colore grigio scuro-nero, a grana fine e con tessitura omogenea. Per 
alterazione assume colore grigio chiaro o bruno-giallastro. Data la generale 
omogeneità del litotipo, non si rilevano aspetti particolari, salvo minori variazioni 
tessiturali, presenza di fini venature giallastre o forme di alterazione superficiale. 
 
1.5 Descrizione strutturale 
La sua struttura, di forma cilindrica, si compone di due parti: il masso di 
fondazione e l’elevato; tra questi due elementi si inserisce il piano marmoreo del 
catino, progettato negli anni 30 del XIX secolo, quando tutto questo settore della 
piazza fu sottoposto ad un pesante intervento di restauro. Le fondazioni, fatte di 
pietrame e malta di calce di S. Giuliano, furono esaminate a più riprese agli inizi del 
‘900 (indagini delle Commissioni del 1907- 1908, del 1912-1913, e del 1933-1935) e 
negli anni ’70 durante i lavori della Commissione Polvani. 
Costruita assieme ai paramenti, procedendo per strati pressappoco orizzontali, 
la muratura ha uno spessore che si riduce con l’altezza: più larga alla base, dove 
misura circa 4 mt, più stretta nel corpo centrale (circa 2.70 mt), arrivando all’altezza 
del 7° ordine, ad uno spessore minimo di 2.49 mt. Nell’insieme la struttura, che 
forma l’elemento portante dell’edificio estendendosi fino all’ultimo ordine della 
torre, ricorda un altro cilindro cavo, da qui i nomi (fusto, tamburo, nucleo, canna) con 
cui viene indicata. All’interno del sodo murario, si snoda, compiendo tre giri in senso 
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orario, la lunga scala elicoidale che con 217 gradini, larghi circa 1 mt, conduce ai 
piani delle gallerie anulari (dette loggie o loggianti) fino a raggiungere la 6° e ultima 
loggia. 
Da qui, per una stretta scala a chiocciola di 36 gradini, si passa, girando in 
senso inverso alla scala principale, alla cella campanaria, mentre una 3° scaletta 
sempre ricavata entro lo spessore della struttura muraria con un andamento a 
chiocciola nel I tratto e a sviluppo elicoidale nel II, permette l’accesso al fastigio. 
L’elevato della torre è ripartito esternamente in 8 segmenti chiamati ordini: il 
tronco di base ( 1° ordine), i sei loggiati (dal 2° al 7° ordine) e la cella campanaria (8° 
ordine). La cavità interna, detta tromba o gola, ha invece la forma di un grande pozzo 
dalle pareti liscie, interrotto solo da alcune mensole, da quattro nicchie voltate ad 
arco, situate all’altezza del piano del 6° ordine e la cui funzione rimane ancora oscura 
e, a livello del 7° ordine, da sei finestroni alti e stretti, che in passato servirono ad 
alloggiare le campane. Conclude la tromba, una volta molto ribassata nel cui centro è 
ricavato un occhio di forma esagonale per il passaggio della luce e, in passato, per la 
costante manutenzione delle campane che da questa apertura venivano calate a terra. 
Alla nudità della cavità interna si contrappone l’articolata struttura delle 
superfici esterne. 
Ognuno degli otto ordini presenta, infatti, un complesso gioco architettonico 
fatto di basi, colonne, capitelli, mensole e cornici che danno vita nei piani delle 
gallerie anulari a effetti di chiaroscuro che si ammortizzano con i cromatismi dei 
marmi[3]. 
 
1.6 Cause della pendenza 
La torre di Pisa, come noto, iniziò ad inclinarsi già durante la costruzione. 
I vari tentativi di contrastarne l’inclinazione risultarono solo in parte efficaci e 
nei secoli seguenti si dovette intervenire per sostituire le colonne e le altre parti 
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lesionate in conseguenza del sovraccarico alle strutture generato dalla anomala 
posizione della Torre. Soltanto recentemente gli interventi, diretti sul sottosuolo, 
hanno ridotto significativamente la pendenza della torre. 
Il lavoro di recupero garantirà alla torre una longevità di 250-300 anni: oggi 
infatti la pendenza è la stessa del 1838. 
Gli interventi di manutenzione e restauro condotti nel corso del tempo sulla torre 
hanno interessato due aspetti: 
1- la conservazione dei materiali che ne compongono la struttura e la decorazione; 
2- la statica, e più precisamente: 
2.1- il consolidamento del terreno sul quale la torre è edificata, 
2.2- il consolidamento strutturale delle fondazioni e dell’opera in 
elevazione. 
 
2.1- Dal punto di vista geotecnico la torre corre due tipi di rischi: 
 
Il primo rischio riguarda il processo degenerativo che si innesca per effetto 
dello sbilanciamento della torre dovuto all’inclinazione, calcolata in circa 5 gradi e 
mezzo. 
La posizione inclinata della torre induce un aumento della pressione sul terreno 
circostante, il quale si deforma per compressione consentendo alla torre un ulteriore 
spostamento, che conseguentemente genera un incremento della compressione sul 
terreno che da luogo ad un nuovo spostamento e così via fino al collasso e alla rovina 
a terra della torre. 
Il secondo rischio è quello della rottura del terreno di fondazione, che 
causerebbe anch’esso il ribaltamento della torre. 
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Per capire l’origine dei rischi geotecnici bisogna tener conto che il Campanile è 
costruito su terreni compressibili, cioè soggetti a deformarsi sotto l’effetto del peso, e 
che esso concentra il suo carico (circa 14500 tonnellate) su una piccola superficie. 
Il suolo pisano è costituito da una pianura formatasi per riempimento di 
ambienti marini o paludosi che presenta una successione di strati compositi. A causa 
del peso esercitato dalla torre in una zona ristretta, gli strati superiori hanno 
compresso le argille degli strati sottostanti che nel tempo lentamente hanno espulso la 
loro acqua, si sono consolidate e hanno portato ad un abbassamento di tutto lo strato 
(calcolato in circa tre metri). Tutta la piazza è soggetta ad un fenomeno di 
subsidenza, cioè di abbassamento progressivo della superficie del terreno. 
2.2- Dal punto di vista strutturale il rischio maggiore per il campanile è quello 
di una rottura della muratura sul lato sud (il lato sotto pendenza), in particolare al 
livello della loggia del II ordine, che comporterebbe il crollo di tutta la struttura 
sovrastante. Questa è una vera e propria “zona critica” della torre; nei secoli, con 
l’aumento della pendenza, è stata sottoposta a sollecitazioni sempre maggiori (in 
particolare a sforzi di compressione verticali) e ciò ne ha indebolito la resistenza. 
 
La torre di Pisa è stata sottoposta a notevoli opere di manutenzione sin dal 
momento della costruzione, ma il primo intervento vero e proprio di restauro è quello 
degli anni 1838-1839, diretto da Alessandro Gherardesca, il quale riportò in luce tutto 
il primo ordine del monumento, che era in gran parte interrato soprattutto a causa del 
rialzamento del livello del suolo nel corso dei secoli. Gherardesca ampliò il bacino 
intorno al monumento, dandogli le dimensioni che vediamo oggi e cercando, con 
nessun successo, di renderlo impermeabile alle acque risalenti dal terreno con un 
rivestimento in marmo delle pareti. È verosimile che lo scavo e poi i numerosi 
pompaggi dell’acqua affiorante, mista a terreno e sabbie, abbiano causato un brusco 
aumento dell’inclinazione. 
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Tra la fine dei lavori di Gherardesca (luglio 1839) e l’istituzione, per la prima 
volta, di una commissione incaricata di occuparsi dei problemi di stabilità della torre 
(1907), la manutenzione del monumento proseguì come nei secoli precedenti, con 
periodiche riparazioni o sostituzioni delle parti danneggiate. Nel frattempo la 
situazione delle acque affioranti dal sottosuolo si era aggravata dopo i lavori di 
Gherardesca, e in quegli anni furono necessarie numerose operazioni di svuotamento 
del “bacino” stesso e di pompaggio di acqua. 
 
1.7 Cantiere di progetto 
La commissione, che lavorò dal 1907 al 1910, fece eseguire sondaggi per 
approfondire la natura delle fondazioni della torre e del terreno sul cui è poggiata. In 
seguito a tali studi, nel 1911 fu iniziato un monitoraggio sistematico dell’edificio, 
condotto tramite un teodolite sistemato in una posizione fissa[3]. Le misurazioni dei 
movimenti del campanile diventarono ancor più precise a partire dal 1934 quando 
all’altezza del primo ordine furono sistemati 2 nuovi strumenti: un inclinometro e una 
livella. 
Tra il 1933 e 1935 furono messi in atto sia i lavori di consolidamento delle 
fondazioni, tramite iniezione a pressione attraverso fori nella muratura di una miscela 
di acqua e cemento, sia l’impermeabilizzazione del bacino intorno al basamento, 
ponendo sotto il lastrico una soletta di cemento e uno strato di impermeabilizzante. Il 
problema della risalita delle acque sotterranee fu eliminato ma l’immissione di 
cemento nelle fondazioni causò anche un netto aumento dell’inclinazione 
dell’edificio. 
I lavori di monitoraggio e di studi continuarono negli anni seguenti. 
Negli anni settanta fu chiarita l’importanza, per l’inclinazione della Torre, del 
fenomeno della subsidenza del terreno, che si era accentuato anche per 
l’abbassamento della falda idrica dovuto agli intensi prelevamenti e pompaggi 
d’acque profonde condotti nel dopoguerra. In seguito a queste conclusioni fu vietato, 
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nel 1973, il prelievo di acque profonde in prossimità del Campanile; il loro livello 
smise di diminuire e anche la velocità di rotazione della Torre tornò ai valori  
consueti[4].