Rinforzare un muro: come salvare una torre pendente Understand article

Tradotto da Rocco G. Maltese. L’ingegnere civile John Burland parla dei pericoli e e le precarietà nel salvataggio di alcuni edifici storici diventati delle icone famose in tutto il mondo.

Una delle gioie nell’essere un ingegnere civile, pensa John Burland, è quella di considerare che “ogni progetto è unico; non vi sono due costruzioni uguali”. Comunque vi è una caratteristica condivisa da molte costruzioni per le quali John ha lavorato: hanno tutte la caratteristica di cadere da un momento all’altro.

Tra i più famosi, John è stato uno fra gli esperti ingegneri chiamati nel 1990 a collaborare nell’opera di salvataggio della Torre Pendente di Pisa, Italia, ma anche l’orologio del Big Ben a Londra, UK, e persino la Cattedrale Metropolitana di Città del Messico hanno beneficiato  della sua esperienza.

Salvataggio della torre dell’orologio del Big Ben

Il progetto del Big Ben non riguardava esattamente di salvare solo parti danneggiate. In qualità di ingegnere del suolo, John si era già interessato si scavi del sottosuolo di Londra quando nel 1970 fu presa la decisione di costruire un parcheggio a più livelli al di sotto della Casa del Parlamento e della torre del Big Ben. John fu avvicinato per affrontare il progetto e la costruzione, assicurandosi che i fabbricati non sarebbero stati danneggiati dai lavoro per il parcheggio a 20 metri sottoterra. Vi era il timore che si sarebbe potuto creare un’altra famosa torre pendente, questa volta a Londra.

Il costante monitoraggio fu cruciale per il progetto, come John ebbe a dire: “Il mio team era impegnato a prendere le misure mentre si costruiva il parcheggio, e scoprimmo ogni sorta di evento inatteso – come in genere ti vieni a trovare quando effettui misure di questo genere. Per esempio, avevamo previsto la torre del Big Ben si sarebbe mossa verso est mentre si mosse verso ovest. Avevamo previsto l’entità dello spostamento ma avevamo sbagliato la direzione, e avremmo dovuto spiegare al Black Rod [il responsabile della Camera dei Lords] che se pure la differenza era di 180° ciò non rappresentava un serio errore.

Errori o no, l’esperienza di John fu nuovamente richiesta anni dopo quando, nei primi anni del 1900, fu necessario eseguire uno  scavo ancora più in profondità per costruire una linea ferroviaria sotterranea che correva sotto la Casa del Parlamento. Nuovamente il team di John si mise all’opera per le misurazioni e il controllo del movimento – pompando cemento nel terreno prima venga si iniziasse a scavare – ma non senza una certa attenzione da parte dei media.”La stampa fu molto interessata al progetto, e fummo intervistati ripetutamente e vedemmo titoli di testa del tipo ‘il Palazzo di Westminster sta per essere posato sul fondo del Tamigi’”, John ha raccontato.

John ha esercitato molta pratica sia trattando con la stampa internazionale che nell’affrontare questioni tecniche. Così come fa ad affrontare tutto questo? “La mia linea è quella di dire come come effettivamente stanno le cose – dire quali sono le sfide tecniche e come intendi affrontarle. Non penso di dover fare qualcosa di diverso,” egli dice.

Come tutto è iniziato

Da studente di ingegneria, a John inizialmente non piaceva la disciplina della meccanica del suolo, per la quale oggi è considerato come uno dei più grandi esperti, ma vi fu interessato mentre studiava per il suo PhD all’Università’ di Cambridge. Dopo Cambridge, è stato assunto dalla Building Research Establishment (BRE) di Londra, una organizzazione governativa di ricerca che era stata pioniera nello studio della meccanica del suolo. “Ho voluto lavorare con loro per potermi interessare di costruzioni reali, e studiare il loro reale comportamento”, ha detto.

Alla BRE John ha cominciato a lavorare ai suoi primi progetti di alto profitto – l’Opera House di Sydney – e ha applicato le sue competenze alle fondamenta e agli scavi.”Ho trascorso 16 anni meravigliosi alla BRE lavorando ad ogni tipo di progetto, ma uno in particolare ha richiesto uno scavo profondo nell’area urbana,” ha detto. “Così ho cominciato a interessarmi a qulcuno degli scavi profondi che vennero praticati a Londra – nel Centro delle Barbican Arts, per esempio, per la quale fu richiesto un grande scavo nella City di Londra. Proprio per questo lavoro, mi fu richiesto di interessarmi al progetto per il parcheggio auto della Camera del Parlamento. Questo progetto divenne un seminario che fu pubblicato nelle riviste specializzate di ingegneria. Penso che proprio per il mio coinvolgimento in questo progetto che mi è stato richiesto di interessarmi a Pisa.”

La Torre Pendente di  Pisa in pericolo

Fu nel 1990, quando l’inclinazione della Torre Pendente di Pisa venne considerata un po’ troppo grande per essere confortevole per le visite. Non solo per questo ma anche perché, a Pavia città del Nord Italia una torre medievale era collassata l’anno precedente, causando la morte accidentale di quattro persone. Il governo Italiano, allora nominò una commissione multidisciplinare di esperti internazionale per prevenire che la torre di Pisa vada incontro allo stesso destino, e a John fu chiesto di unirsi alla commissione.

All’inizio non tutti concordavano col fatto che la torre avesse bisogno di essere salvata. “C’era tutta quella mitologia attorno alla torre. La gente diceva ‘Non toccatela, è sicura così com’è; se non fate qualcosa, è probabile che crollerà’,” John disse. “Una frase celebre del sindaco diceva ‘questa è la Piazza dei Miracoli, quindi non cadrà mai’. Così il nostro lavoro fu quello di dimostrarlo con un po’ di scienza.”

Il primo passo fu quello di scoprire come era stata inizialmente costruita in origine, per capire perché pendesse. Il team scoprì che la torre probabilmente aveva iniziato ad inclinarsi sin dal primo giorno. Potete vedere che strati di laterizi, il che dimostrava che le maestranze di allora cercavano di correggere l’inclinazione mentre la stavano costruendo”, disse John.

Lui e gli altri esperti hanno trascorso due anni a capire perché  la torre pendeva e cosa poteva controllare i suoi movimenti, il che era fondamentale assolutamente per risolvere il problema, John credeva. “Sino ad allora, la gente aveva proposto solo delle soluzioni a caso, e sino a che non si capiscono realmente le cose, è probabile che si continui a sbagliare.”

Scoprirono che l’inclinazione era dovuta da una combinazione di dimensioni della torre e della natura del terreno sul quale era stata costruita, come John ebbe a spiegare: “Il terreno qui è così soffice che assomiglia ad una gomma schiumogena, e in questa situazione vi è una altezza critica per una costruzione di un dato peso e diametro prima che cominci a pendere e quindi a cadere. E la torre di Pisa aveva proprio un’altezza critica: sorprendente.”

Così la torre pendolava tra la stabilità e il collasso. “Sicuramente cadrà, ma è impossibile stabilire quando – un temporale o un terremoto potrebbe mettere fine alla torre. Così dovevamo fare qualcosa di molto urgente se volevamo stabilizzarla,” diceva John.

Il problema è che una volta una torre comincia a inclinarsi, diventa sempre più instabile. “All’incremento dell’inclinazione, il centro di gravità si sposta, producendo un’ulteriore forza flettente” ha spiegato. “Così la situazione peggiora ulteriormente e quindi collassa.” All’epoca, la torre si muoveva di 1,5 mm all’anno, ma il movimento stava accelerando – era terrificante, diceva John.

Naturalmente, lavorare su questa costruzione storica, implica molto più che la mera ingegneria. “Il problema era incredibilmente complessa, poiché dobbiamo obbedire le leggi di conservazione dei monumenti antichi, che proibiscono di cambiare il carattere del monumento. Così non potete andare sotto la torre e puntellarla dall’esterno con una trave da una parte,” dice John. “E deve continuare a pendere: gli Italiani non vogliono una Torre Pendente verticale.”

Stabilizzare la Torre Pendente

La soluzione del team si ispirò al lavoro di traforo che John aveva già applicato a Londra. John diceva “Quando effettui la perforazione di un tunnel nel terreno, puoi sempre provocare uno minimo slittamento del terreno. E pensavo che se avessimo potuto magicamente indurre il terreno a slittare verso la parte elevata delle fondamenta, avremmo potuto ridurre l’inclinazione di quel tanto per renderla più stabile,” “Così con questa idea iniziammo ad estrarre una piccola quantitá si terreno, piuttosto come piccoli-tunnel.”

Ma vi è sempre il rischio che mettendo in pratica un’idea la torre cada lo stesso. “Vi sono molte idee su cosa bisognerebbe fare per stabilizzare la torre, e una qualunque potrebbe funzionare se si fosse potuta applicare, ma questa applicazione potrebbe causare comunque la caduta della torre,” John dice. Così il team ha dovuto condurre una grande quantità di analisi al computer e dei precisi controlli prima di poter procedere con l’approccio del tunnel. “Infine abbiamo estratto circa 70 metri cubi [di terra], che corrisponde a un paio di cassoni completi di camion, perciò abbastanza poco”, ha raccontato.

Ma il monitoraggio lo studio storico ha svelato anche un altro fattore: la torre pendeva maggiormente verso sud in inverno piuttosto che in in estate. “All’inizio pensavo che questo avesse a che fare col movimento del sole attorno alla torre, quindi  iniziammo ad effettuare le misure di come variavano stagionalmente le tabella delle precipitazioni. Ogni volta che vi era un temporale – e in Toscana in inverno ve ne sono di veramente pesanti – la tavola delle precipitazioni riporta una maggiore differenza a nord [la parte in alto] che di quella a sud [parte in basso], così questo farà sollevare la parte a nord e spinge la parte ancora più a sud della torre. Cosí oltre a ridurre l’inclinazione, abbiamo dovuto stabilizzare la tavola d’ acqua” disse John.

[L’acqua freatica è una riserva a lunga durata del ciclo naturale dell’acqua, in contrasto con le riserve idriche di breve durata come l’atmosfera e l’acqua fresca superficiale. La tavola d’acqua freatica è la superficie dell’acqua freatica esposta alla pressione atmosferica sotto la superficie della zona satura. La tavola d’acqua può variare in altezza. Vedi: http://www.lenntech.it/acqua-freatica/definizioni.htm#ixzz4QvPWo0N6 N.d.T.]

La soluzione a questo problema ha rappresentato una soluzione ingegneristica molto più degli standard, ha spiegato John: “Abbiamo drenato dalla parte nord, che porta l’acqua ai pozzi che sono mantenuti ad un livello costante mediante una tubazione. Questo è quello che è stato fatto sin dal 2006, ed effettivamente ha stabilizzato la tavola dell’acqua. Quindi questa è stata la ragione principale che ha fermato i movimenti.”

Possiamo considerare ora la torre sicura permanentemente e stabile? Abbiamo comunque, continuato le misurazioni per ulteriori tre o quattro anni affinché vi fosse un controllo sui suoi movinenti”, egli ha detto.

Salvataggio della più antica cattedrale dell’America Latina

Considerevolmente, allo stesso tempo in cui John stava lavorando al progetto di Pisa avendo tutti i riflettori addosso, stava lavorando anche ad un altro fabbricato storico in pericolo, questa volta a Città del Messico. Come a Pisa, il problema consisteva del fatto che un lato della Cattedrale Metropolitana – aveva ceduto sprofondando in misura superiore al muro dalla parte opposta. Nuovamente, le variazioni nella tavola dell’acqua spiegavano le cause di questo evento, come John aveva sottolineato.

“Città del Messico era stata fondata su un antico lago vulcanico con dei sedimenti molto molto soffici, che sono eccezionalmente comprimibili”, ha detto. “Pompando acqua al di sotto di quell’area delle riserve d’acqua della città aveva causato lo sprofondamento del terreno, addirittura di alcuni  metri. Questo ha causato dei grossi problemi, poiché lo sprofondamento  non era stato uniforme. Una metà della Cattedrale Metropolitana è costruita su di un area dove una volta si trovava un antico tempio Atzeco che comprimeva il terreno e lo rendeva molto più stabile. Ma l’altra parte, fu costruita su una parte del terreno intoccato, così la cattedrale fu sottoposta ad una vasta differenza di livellamento, di circa 1,5 metri ed oltre.

Il risultato è che, dopo 300 anni e oltre dall’esistenza della cattedrale, essa si è malamente crepata, e nel 1990 il movimento ha continuato. In coincidenza, gli esperti in Messico avevano considerato l’estrazione del suolo per stabilizzare la cattedrale come contemporaneamente John aveva proposto lo stesso approccio per la torre di Pisa. “Essi stavano facendo in un modo differente, ma il principio era lo stesso,” ha detto. “Tre di noi della commissione di Pisa furono coinvolti nella cattedrale Messicana a causa di quel collegamento.” L’estrazione del suolo aveva livellato con successo lo sprofondamento delle fondamenta della cattedrale, riducendo il rischio di ulteriori crepe.

Così una costruzione in condizioni anche peggiori di quelle, John l’avrebbe demolita? “Probabilmente la soluzione più economica alla fine sarebbe quella, ma è vi è anche da considerare l’importanza storica di quella costruzione,” ha detto.

Non vi è un monumento più importante della storica Torre Pendente di Pisa. Per comprendere completamente il successo del lavoro ingegneristico, la torre ora è stata completamente restaurata – come John ha avuto il piacere di constatare in una sua recente visita. “Vedere questa meraviglia in marmo, una torre pericolosamente pendente, con il più scenario di contorno di altre costruzioni. La vista delle quali toglie il respiro”.

L’ingegneria in classe

John è incredibilmente affezionato a questo unica costruzione, considerando il Progetto Pisa come la più soddisfacente realizzazione della sua vita professionale. Ma è anche affezionato all’insegnamento, e crede nelle attività laboratoriali per poter interessare le nuove generazioni di scienziati e ingegneri.

“La mia esperienza coi ragazzi è che a loro piace mettere le mani sulle cose,” ha detto. “E in un certo senso sono alquanto costernato di come il mondo virtuale del computer ha sostituito l’esperienza manuale. Si possono computerizzare i modello, ma non è lo stesso che fornire gli studenti di qualcosa da maneggiare da spingere e produrre, poiché questo è il modo che si realizza la curiosità e la comprensione intrinseca di come le cose funzionano.”

Questa filosofia sembra ormai diventato la caratteristica dell’approccio d’insegnamento, come dice John; “Sono noto per uno che porta in classe modelli fisici, e se mi imbatto in un ex studente in qualche parte mi dicono, ‘Oh, Professor Burland, non mi dimenticherò il modello che ci ha mostrato per questo e quel fenomeno’. Perché ricodano i modelli ma non ricordano le equazioni.”

Riconoscimenti

Questo articolo si basa sulla intervista al Professor John Burland del capo redattore di Science in School, Dr Eleanor Hayes.

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