La catena di castagni della cupola di santa maria del fiore

Dall'analisi storico-costruttiva alla definizione di uno strumento informativo a supporto della conservazione e del restauro

Nonostante la cupola di Santa Maria del Fiore costituisca una delle architetture più note e studiate al mondo, la sua complessità fa sì che, ad oggi, esistano alcuni aspetti che ancora necessitano di essere analizzati al fine di chiarirne la funzione, l'intento costruttivo, le vicende storiche. Nel corso dei seicento anni che ci separano dall'avvio della costruzione del celebre capolavoro brunelleschiano si sono infatti susseguiti interventi manutentivi, eventi traumatici, riparazioni che hanno inevitabilmente modificato l'assetto originario della fabbrica. Molte delle questioni che restano da analizzare risalgono però a tempi più antichi, ovvero alla fase di cantiere, traduzione in materia del programma costruttivo redatto da Filippo Brunelleschi e Lorenzo Ghiberti nel 14201. Come esplicitato dallo scritto stesso, «nel murare la pratica insegna quello che si ha da seguire»2 e, pertanto, la pur precisa descrizione della struttura offerta dal documento Quattrocentesco non risulta necessariamente rappresentativa di quanto effettivamente realizzato.
È questo il caso delle cerchiature lignee che, secondo il piano originario, si sarebbero dovute collocare ogni 12 metri lungo l'altezza della cupola3. Infatti, alcune modifiche apportate al progetto in corso d'opera4 hanno fatto sì che, in luogo delle quattro cerchiature previste ne venisse installata una sola, posizionata in corrispondenza del primo camminamento, ad una quota di circa 8 metri sul piano d'imposta della volta (Figura 1).

La cerchiatura esistente, nota anche come "catena di castagno", è tutt'ora visibile e appare in discreto stato di conservazione, segno tangibile delle cure che, seppur a tempi alterni, le sono state prestate. Secondo le disposizioni del programma del 1420, il ruolo della catena doveva essere quello di legare tra loro i costoloni, andando a cingere la calotta interna, con l'intento probabile di contrastare la spinta orizzontale della cupola, già empiricamente nota ai costruttori del tempo. Essa si compone di ventiquattro travi - tre per ciascuna vela - connesse tra loro mediante ulteriori elementi lignei (mensole, cunei, guance) e diverse tipologie di giunzioni metalliche.
La tesi di dottorato qui brevemente riassunta, si è occupata specificatamente di questo elemento, sino ad oggi solo marginalmente studiato. In particolare, la ricerca si è posta due obiettivi: da un lato quello di esaminare la storia del dispositivo ligneo, analizzandone le vicende costruttive e manutentive; dall'altro quello di favorirne la conservazione, sviluppando un modello informativo (BIM) ad hoc, che possa fungere da supporto alla pianificazione e all'espletamento delle attività manutentive a carico dell'ufficio tecnico dell'Opera di Santa Maria del Fiore.

Analisi storica
Come di consueto, lo studio ha preso avvio dall'analisi delle fonti edite. Infatti, per quanto la catena lignea non sia mai stata oggetto di analisi sistematiche, sono diversi gli studiosi che, nel corso dei secoli, l'hanno in qualche misura compresa all'interno delle proprie ricerche. Il fatto stesso che, in fase di costruzione, si sia deciso di realizzare una sola delle quattro cerchiature originariamente previste, nonché la peculiare scelta materica5, ha favorito l'insorgere di controversie in merito a quale dovesse essere l'originaria funzione della cerchiatura e a quale sia il suo attuale contributo all'equilibrio del monumento. Tale dibattito, protrattosi nell'ombra del più noto dibattito sulla stabilità della cupola6, non ha ancora trovato soluzione. Tuttavia, le opinioni espresse nel corso del tempo7 - basate per lo più su considerazioni di carattere generale8 - hanno offerto informazioni interessanti relativamente all'importanza che nelle varie epoche è stata attribuita alla cerchiatura, aspetto che trova peraltro riscontro diretto nella maggiore o minore assiduità delle cure offerte al manufatto.
Lo studio di maggior rilevanza risulta essere quello svolto da Giovan Battista Nelli a fine Seicento, in occasione delle indagini sulla stabilità della cupola volute dal Granduca Cosimo III. È proprio in quest'ottica che Nelli analizzerà la cerchiatura, rilevandone andamento, connessioni e stato di conservazione9. Di fatto, il disegno della catena da lui offerto (Figura 2) sta alla base di quasi tutte le successive rappresentazioni che, pur essendo frutto di osservazione diretta, ripropongono il precedente rilievo in maniera abbastanza pedissequa, senza sanarne alcune evidenti imprecisioni relative alla soluzione d'angolo10 (Figura 3, sinistra).

Studi più recenti (SAALMAN 1980, RICCI 1989, DI PASQUALE 2002) hanno invece dato avvio alla ricerca storica, esaminando la documentazione inerente alla fase di costruzione e approvvigionamento dei materiali (1422-1424), senza però porsi l'obiettivo di individuare correlazioni tra la testimonianza storica e lo stato di fatto.
Inoltre, tutti gli studi citati - compreso il rilievo del Nelli - hanno preso in considerazione un'unica tipologia di giunto (ovvero quella originaria, progettata dallo stesso Brunelleschi) a fronte delle sei attualmente esistenti, aggiunte nel corso di successive riparazioni (Fig. 3, destra). Per sopperire a questa mancanza, in occasione dei Seicento anni dall'avvio della costruzione della Cupola (1420-2020), l'Opera di Santa Maria del Fiore ha dato avvio ad una serie di ricerche, tra le quali l'analisi storica descritta nel seguito e il rilievo laser scanner11, fonte di informazioni metriche e geometriche imprescindibili ai fini dello studio presentato. Infatti, come sempre accade nel percorso di analisi dei monumenti, la piena comprensione delle informazioni raccolte in archivio è derivata dal raffronto del dato storico con l'evidenza dello stato di fatto e, per l'appunto, con l'accurato rilievo geometrico.

In questo senso, il primo passo è stata la ricerca d'archivio, svolta preliminarmente presso l'archivio storico dell'Opera del Duomo di Firenze. Partendo da alcune date certe ricavate dalle fonti edite (GUASTI 1857, HAINES 2015) si è scandagliato il patrimonio documentale alla ricerca di informazioni riguardanti la cerchiatura lignea. Come evidente, poiché la catena si compone di elementi lignei e metallici, la maggior parte delle notizie sono emerse dalle note di spesa emesse da legnaioli (falegnami) e magnani (fabbri). Importante fonte di informazioni si sono rivelate anche le relazioni stilate dagli architetti dell'Opera a seguito dell'annuale visita ai monumenti insigni, svolta per l'appunto al fine di verificarne lo stato di conservazione ed individuare eventuali criticità. Tuttavia, questi documenti, spesso ricchi di dettagli, offrono raramente specifiche di natura spaziale. Per questo motivo, dalla mera lettura dei documenti non sarebbe stato possibile definire la collocazione degli interventi descritti lungo la cerchiatura. Per ovviare a questo problema, si è provveduto ad un'analisi di tipo critico che, integrando fonti dirette e indirette, ha permesso di riconoscere sul manufatto reale gli interventi descritti all'interno della documentazione storica.
In questo processo, la prima operazione è stata l'individuazione e classificazione delle diverse tipologie di giunto oggi presenti sulla cerchiatura lignea. Grazie ad osservazioni in situ e all'opportunità di attingere dal preciso rilievo geometrico del 2018 si sono potute distinguere sei tipologie di connessioni metalliche, distribuite in maniera eterogenea lungo le travi lignee e risalenti ad epoche differenti (Figura 4).

Nel tentativo di formulare un'ipotesi di datazione per ciascuna delle tipologie identificate si è quindi riletta la documentazione storica, cercando di individuare possibili assonanze tra gli elementi metallici descritti dai fabbri e i componenti dei giunti attualmente esistenti. Laddove si siano rilevate corrispondenze, l'analisi è proseguita con un raffronto di tipo dimensionale. Le misure offerte dalle note di spesa - dopo le necessarie conversioni12 - sono state comparate con le misure ricavate dal rilievo laser scanner. Questa operazione, piuttosto immediata per le misure lineari, ha richiesto qualche passaggio in più per quanto riguarda le misure di peso. In questo caso, al fine di ottenere il peso approssimativo delle ferramenta correntemente in uso, basandosi sul recente rilievo geometrico sono stati realizzati modelli tridimensionali di ciascuna tipologia di giunto. In questo modo è stato possibile ricavare il volume, e dunque il peso13, dei vari elementi. Questo procedimento ha comportato sostanziali approssimazioni, sia per quanto riguarda le geometrie, che per quanto riguarda la densità dei materiali. È tuttavia abbastanza evidente che, in questo caso, l'obiettivo non fosse quello di ottenere perfetta aderenza tra il dato storico e lo stato di fatto, bensì di individuare un accettabile livello di compatibilità tra le due grandezze.
Le corrispondenze individuate e verificate mediante il raffronto dimensionale sopra descritto hanno poi trovato ulteriore conferma nel confronto con la trattatistica e manualistica storica - custodi del sapere costruttivo delle varie epoche - e con esempi storici analoghi di datazione nota. In particolare, queste ultime due risorse sono state di cruciale importanza per la datazione delle due tipologie di giunto per le quali non è stata reperita documentazione d'archivio. In questi casi, infatti, si è potuto procedere unicamente sulla base di comparazioni con le informazioni offerte dai trattati e con casi studio similari. Applicando il metodo descritto a ciascuna delle sei tipologie di giunto è stato possibile datare in maniera verosimile tutti gli elementi metallici presenti lungo la cerchiatura, ritracciandone - per buona parte - la storia costruttiva. I risultati ottenuti potranno essere verificati ed affinati mediante analisi specifiche, quali datazioni dendrocronologiche per quanto riguarda le travi lignee e datazione al radiocarbonio per quanto riguarda invece i giunti metallici. Ulteriori ricerche d'archivio, focalizzate sui secoli XVI e XVIII, potrebbero inoltre fornire dati storici utili a corroborare le ipotesi formulate per i due giunti datati esclusivamente in maniera comparativa.

Verso una conservazione programmata
Se, come noto, l'indagine storica si configura come «il momento primario dell'attività di restauro» (BELLINI 1980), i dati emersi dalla ricerca archivistica assumono ancor più valore qualora trovino un risvolto operativo nelle pratiche conservative. Da qui deriva il secondo obiettivo della presente ricerca, e cioè quello di favorire quelle attività manutentive che hanno garantito la persistenza della cerchiatura lignea nei secoli.
A questo scopo si sono adottati i principi della "conservazione programmata", strategia che mira a ridurre l'incidenza degli interventi di restauro tradizionalmente intesi mediante un'attenta valutazione dei rischi e al loro contenimento tramite controlli periodici e piccole manutenzioni (MOIOLI, BALDIOLI 2018). La tesi di fondo, già introdotta in termini estremi da John Ruskin (RUSKIN 1849), è che attraverso cure assidue si possano evitare - o almeno rimandare - interventi di tipo sostitutivo. Questi ultimi risultano infatti particolarmente dannosi in quanto, agendo sugli oggetti nel loro aspetto materiale, ne diminuiscono irrimediabilmente l'autenticità e, di conseguenza, il valore. Con l'obiettivo di preservare quanto più possibile intatta la materia, la conservazione programmata si espleta dunque attraverso attività preventive (volte a ridurre la probabilità che un evento negativo si verifichi) e protettive (finalizzate al contenimento degli effetti negativi in caso di danno) (DELLA TORRE 2003).
Pare evidente come, in questo processo, le procedure ispettive e i monitoraggi rivestano un ruolo centrale, così come cruciale risulta essere il dato storico, inteso sia nella sua accezione di cronologia degli eventi che come strumento utile ad evidenziare rapporti di causalità. Se ne conclude facilmente che la programmazione degli interventi sarà tanto più efficace quanto più approfondita la conoscenza del bene da conservare. Sulla base di questi presupposti, il lavoro di ricerca si è indirizzato verso la definizione di un sistema di gestione e archiviazione dei dati che rendesse facilmente fruibili le informazioni precedentemente raccolte, traducendole in uno strumento operativo. In quest'ottica è stato predisposto un modello informativo che sfrutta la metodologia BIM, ritenuta particolarmente confacente alle esigenze della conservazione, in quanto in grado di immagazzinare innumerevoli dati e di consentirne l'aggiornamento costante, raccogliendo la stratificazione di informazioni caratteristica del patrimonio storico. Notizie relative ad eventuali interventi di manutenzione sulla cerchiatura o, più in generale, sulla cupola, potranno essere registrate all'interno del modello informativo, anche in futuro, contribuendo al lento progredire del processo di conoscenza.
Il primo passo in questa direzione è stata la costruzione del modello tridimensionale della cupola che, come ogni monumento antico, presenta numerose irregolarità. L'attuale aspetto degli edifici storici è infatti il frutto di numerosissime trasformazioni occorse nei secoli, dovute al mero passare del tempo, alla storia dei dissesti, o ancora a tutte quelle variazioni d'uso connaturate alla permanenza di costruzioni create per dare risposta alle mutevoli esigenze dell'uomo. Queste specificità, che pure sono indispensabili per la piena comprensione dell'oggetto architettonico, costituiscono un ostacolo significativo quando si voglia produrne una rappresentazione accurata (TOMMASI, ACHILLE, FASSI 2016). Nel caso specifico, in base agli obiettivi preposti, si è scelto di costruire un modello semplificato, nel quale le geometrie risultano regolarizzate14 (Figura 5).

Il fine primario non era infatti quello di riprodurre fedelmente le geometrie del manufatto, ma di garantire la riconoscibilità dei vari elementi costruttivi che compongono la cupola, in modo da potervi associare in maniera sistematica le informazioni necessarie. La possibilità di geo-referenziare i dati faciliterà infatti la loro consultazione, incrementando la conoscenza del bene e risultando, in definitiva, in una più accurata programmazione delle attività conservative. Per evitare la dispersione di preziose informazioni metriche e geometriche, lo strumento è stato organizzato in maniera tale che risulti possibile creare collegamenti ipertestuali che rimandino a rappresentazioni 2D o 3D di maggior dettaglio, o alla stessa nuvola di punti. In questo modo chiunque potrà verificare l'affidabilità delle informazioni fornite dallo strumento o avere i dati necessari per specifiche analisi che richiedano maggiore livello di precisione.
Una volta definito il "contenitore", è stato necessario procedere all'organizzazione del contenuto, individuando i dati di maggiore utilità e raggruppandoli in maniera intellegibile, in modo da renderli facilmente fruibili15. In particolare, essendo il presente studio focalizzato sulla catena lignea, si sono catalogate solo le informazioni ad essa inerenti. Il medesimo procedimento potrà però essere riproposto per ogni elemento costruttivo, migliorando l'efficacia globale dello strumento informativo e, dunque, la pianificazione delle attività conservative.

Come precedentemente accennato, il modello si configura in primo luogo come un supporto operativo, la cui funzione primaria è quella di raccogliere ed organizzare dati eterogenei in maniera sistematica e ordinata. A questo scopo sono state create alcune famiglie tematiche che raccolgono dati specifici, come "dati di identità", "dati geometrici", "proprietà meccaniche" eccetera (Figura 6). L'idea è quella di offrire, per ogni elemento, una descrizione il più comprensiva possibile, in modo tale che i tecnici che se ne dovranno occupare abbiano a propria disposizione tutte le informazioni necessarie per la corretta esecuzione delle attività manutentive. In questo senso, uno dei vantaggi dello strumento informativo è quello di facilitare il dialogo tra i diversi professionisti coinvolti nei processi di conservazione che, usufruendo dei medesimi dati e delle stesse basi grafiche potranno confrontarsi e collaborare più agilmente. Essi potranno inoltre arricchire il database aggiungendo informazioni e proprietà, o aggiornando quelle esistenti sulla base delle più recenti attività ispettive, favorendo una calibrazione sempre più accurata delle attività ispettive e manutentive.
La possibilità di consultare il modello direttamente in situ, garantita da specifiche applicazioni per dispositivi mobili, rappresenta un ulteriore punto di forza: durante i sopralluoghi sarà infatti possibile attingere dal corposo database per fornire istantanei chiarimenti o approfondimenti, migliorando la qualità delle ispezioni, la comprensione dei problemi e l'efficacia dei conseguenti interventi.
L'ambizione dello strumento non è però quella di fungere semplicemente da archivio digitale, bensì di facilitare e ottimizzare la gestione del bene. In questo senso, i dati raccolti sono stati utilizzati per definire un indice di priorità di intervento che, mettendo in evidenza le criticità presenti, abbia ripercussioni concrete sulla calendarizzazione delle attività conservative. L'indice suddetto è espresso mediante un numero compreso tra 0 e 15 (dove 0 indica priorità minima e 15 priorità massima) e tiene in considerazione alcuni aspetti che si sono ritenuti determinanti nell'ottica di un'efficace strategia di conservazione. In particolare, l'indice di priorità si configura come la somma tra i punteggi attribuiti alle macro-voci "valore storico-architettonico" (0-5), "condizioni di danno" (0-5) e "condizioni di rischio" (0-5) che, a loro volta, sono determinati da specifiche sotto-voci. Ciascuna valutazione dovrà derivare dall'analisi critica dei dati raccolti e sarà registrata all'interno del modello in una scheda dedicata. Così facendo sarà possibile ottenere in maniera immediata una panoramica delle criticità della cerchiatura (o dell'intera cupola), che potranno essere rapidamente tradotte in una lista di interventi da eseguire e calendarizzare in base al grado d'urgenza espresso dall'indice di priorità. La pianificazione delle attività risulterà così più lungimirante e le risorse disponibili potranno essere sfruttate con maggior profitto in termini economici, ma anche di tempo. Chiaramente, laddove (come auspicabile) il modello informativo venisse a comprendere l'intera cupola, la validità della soluzione proposta accrescerebbe ulteriormente. Avere una panoramica del sistema complessivo consentirebbe infatti di valutare in maniera più completa le interazioni tra i singoli elementi della struttura, individuando i rischi che da esse potrebbero conseguire. Risultati migliori potrebbero poi essere registrati per quanto riguarda l'ottimizzazione delle risorse, in quanto si otterrebbe la possibilità di "sincronizzare" le attività da svolgersi in punti della cupola geograficamente prossimi, andando a ridurre, a parità di risultati, il numero totale di interventi. La validazione dello strumento sviluppato non potrà però che derivare dalla sua reale applicazione: solo il collaudo da parte dell'Opera di Santa Maria del Fiore potrà infatti verificarne l'efficacia, individuandone le criticità e guidandone la correzione.

Conclusioni
Prendendo come pretesto la catena lignea, la ricerca ha voluto ripercorrere le diverse fasi del percorso di conoscenza, dal quale la conservazione non può in alcun modo prescindere. Come noto, tale processo si svolge molto lentamente e si avvale di molteplici strumenti: taluni più tradizionali e consolidati, altri più nuovi e ancora da esplorare; taluni propri del restauro ed altri derivati da altre discipline. In uno scenario così complesso risulta indispensabile cercare equilibrio tra le numerose istanze in gioco, senza però perdere di vista il punto d'arrivo. Il tentativo diviene allora quello di sviluppare un metodo che riporti l'attenzione sul fine ultimo, ovvero sulla conservazione, verso la quale tutte le attività ispettive e conservative devono, in definitiva, essere indirizzate.
Il modello informativo viene così a configurarsi come uno strumento tramite il quale il dato (storico e non), traducendosi in indice di priorità di intervento, assume valenza fattiva. È insomma nella gestione e valorizzazione in termini operativi delle informazioni che lo studio presentato individua il modus operandi proposto, nella consapevolezza che - a prescindere dalla tecnologia adottata - la conoscenza continua a rivestire un ruolo primario nella conservazione.

Si ringrazia l'Opera di Santa Maria del Fiore per l'opportunità di studio e il supporto offerto nel corso della ricerca.

Bibliografia
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NOTE
1 Archivio di Stato di Firenze (ASF), Arte della Lana 149, cc. 59v-60r. Una trascrizione è pubblicata in FANELLI 2004, pp. 20-21.
2 Ivi.
3 Nel programma del 1420 si legge: «E nell’altezza d’ogni braccia 12, […] tra l’uno sprone e l’altro, sieno catene di quercia grosse, che leghino i detti sproni, e cingano la volta drento» (ASF, Arte della Lana 149, c. 60r).
4 I principali emendamenti al progetto originario sono databili al 1422 (Archivio dell’Opera di Santa Maria del Fiore - AOSMF, II. 1.80, c. 17v.) e al 1426 (AOSMF, II.2.1, c. 170v-171). In nessuno dei due documenti viene fatto esplicito riferimento alla catena di castagno e, per tanto, non ci è dato di sapere con certezza quando e perché venne presa la decisione di abolire la costruzione delle ulteriori cerchiature lignee.  
5 La scelta di utilizzare il legno in luogo – o meglio in aggiunta – al ferro è effettivamente peculiare e non trova spiegazione certa. È probabile che la cerchiatura lignea rappresenti il retaggio di tradizioni costruttive passate, poste a contrappeso dell’innovativa soluzione progettata da Brunelleschi.
6 A questo riguardo si vedano, ad esempio, OTTONI, COÏSSON, BLASI 2012 e BARTOLI, BETTI, BORRI 2015.
7 Per citare solo alcuni dei protagonisti di questo dibattito: F. Fontana (AOSMF, III.1.19, fasc. 305), Alessandro Cecchini (NELLI 1753), Paolo Alberto Rossi (ROSSI 1982), Piero Sanpaolesi (SANPAOLESI 1977), Carlo Blasi, Federica Ottoni, Eva Coisson (BLASI, OTTONI, COÏSSON 2017).
8 Le osservazioni riportate dalla documentazione edita riguardano infatti per lo più la posizione della cerchiatura, le dimensioni dei suoi componenti in relazione all’enorme massa muraria della cupola, la facilità di manutenzione in rapporto alla durabilità del legno e non si basano mai su studi sistematici e approfonditi.
9 Il rilievo del Nelli figura nel volume stampato nel 1733 da Bernardo Sansone Sgrilli (SGRILLI 1733, tav. VII). Le annotazioni relative allo stato di conservazione si trovano invece presso la Biblioteca Nazionale Centrale di Firenze (BNCF, Ms.II.21, c. 31r).  
10 Osservando la cerchiatura si notano diversi particolari che nella rappresentazione del Nelli non figurano. Si vedono, ad esempio, diversi cunei in legno posizionati in prossimità dei costoloni, e precisi intagli predisposti per l’incastro tra i diversi elementi lignei.
11 Il rilievo laser scanner della cerchiatura è stato eseguito nel maggio 2018 da Studio Scaletti in collaborazione con Studio Comes. 12 Le dimensioni offerte dalla documentazione sono espresse secondo le unità di misura storiche toscane ed è stato pertanto necessario riportarle al sistema metrico internazionale.
13 A questo scopo si è applicata la formula M = V x δferro.
14 Per quanto riguarda la cupola, la modellazione si è basata sul rilievo fotogrammetrico eseguito da FO.A.R.T. negli anni Novanta (DALLA NEGRA 2004); per la cerchiatura lignea si è invece attinto dal rilievo laser scanner del 2018 (vedi nota 11).
15 A questo scopo si è scelto di utilizzare il software Graphisoft ArchiCAD, operando in ambiente BIM.