The Structural Engineer's Corner

Eng. Onorio Francesco Salvatore

Alla scoperta della Hagia Sophia, parte I: cenni introduttivi alla struttura principale

Written By: Francesco Salvatore Onorio - Jun• 04•11

In questo articolo, catalogato nella sezione “Applicazioni reali“, voglio parlare di una struttura affascinante, costruita molti molti secoli prima che gli elaboratori elettronici vedessero la luce: l’Hagia Sophia. Ciò che è affascinante in costruzioni come questa è la mastodonticità dell’opera, con luci e forme ardite ma con percorsi delle forze assolutamente lineari, visibili, semplici. Nessuna opera di meshatura, nessuna analisi modale a centinaia di autovalori, solo schizzi manuali, calcoli semplici, prove a scala ridotta e tanto tanto uso della testa. La genialità di un artista-ingegnere del tempo darebbe lezioni ad un qualsiasi “FEM softwares expert” di oggi.

Ecco allora il perché dell’articolo di oggi: analizzare una struttura antica, apprezzarne le fantastiche soluzioni strutturali man mano che dalla cupola si segue il flusso delle forze verso le fondazioni; il tutto scrivendo con il rispetto di chi, ingegnere di oggi, ammira un’opera di ieri, che ha resistito a svariati terremoti, anche pesanti, senza gerarchia delle resistenze, displacement based design, ductility behaviour, ecc.

Con questo articolo, voglio iniziare una serie che ci porterà a conoscere in dettaglio ogni elemento di questa costruzione. Questa prima parte possiamo chiamarla allora “cenni introduttivi alla struttura principale“. Al termine di ogni articolo troverete delle note che richiamano la vasta bibliografia presente sul tema. I più curiosi tra voi avranno dunque molto pane per i loro denti.

Prima di parlare della storia, dei materiali e di quanto altro riguardi l’Hagia Sophia, è opportuno fare una prima presentazione della struttura per poi andare più nel dettaglio negli articoli successivi. Nel prosieguo, infatti, saranno utilizzati termini come arco settentrionale, arco superiore, pilone principale, pilone secondario, ecc, che non possono prescindere da un primo, iniziale, contatto con la struttura. Un’altra precisazione riguarda le unità di misura; il riferimento principale è il piede bizantino, il quale misura 31.23 cm e corrisponde all’incirca a 1.024 piedi inglesi. Il piede bizantino è più lungo del piede romano, corrispondente a 29.6 cm, e leggermente più corto di quello greco, lungo 31.5 cm. Nel descrivere la struttura si riporterà spesso il piede bizantino, con indicata la corrispondente misura in metri. [1]

L’Hagia Sophia si presenta a pianta basilicale rettangolare, orientata all’incirca lungo l’asse est-ovest. La sezione in chiave della cupola attuale (A, vedi immagine riportata di seguito), che è esattamente 100 piedi bizantini di diametro (31.2 m), si eleva a 178.3 piedi dal suolo (55.6 m).

I quattro piloni principali (B), costituiti principalmente da pietra calcarea e conci di “pietra verde” (un granito locale), definiscono gli angoli dell’area centrale della chiesa posta giusto sotto la cupola, la quale ha un’estensione di 100 piedi quadrati; tali piloni si elevano fino a 74.17 piedi (23.14 m).

Tra i piloni vi sono quattro archi semicircolari di mattoni (C), i quali sono legati insieme da pennacchi anch’essi in mattoni (D). Essi culminano ad una quota di 133 piedi (41.5 m) in una circonferenza leggermente deformata costituita da blocchi di marmo bianco, sul quale è poggiata la cupola (E). Questi blocchi, che sporgono per alcuni piedi nello spazio centrale, formano una cornice usata come passaggio tutto intorno alla base della cupola.

Gli archi principali posti ad est ed ovest fungono da terminazione per le due semicupole principali (F) le quali, essendo all’incirca un quarto di sfera, presentano un raggio leggermente inferiore rispetto a quello della cupola principale. Le semicupole si estendono lungo quasi tutta la lunghezza della navata centrale e sono supportate dai piloni principali e dai due piloni secondari presenti elle estremità della navata (G).

Le semicupole ed i piloni secondari servono da contrafforte lungo l’asse est-ovest per la cupola, gli archi principali ed i piloni principali. A proposito dell’azione di contenimento, però, vi sono pareri discordanti; Van Nice afferma che le semicupole non esercitano contenimento della spinta, mentre Mainstone sostiene che lo fanno. [2] Ulteriori e successivi riferimenti bibliografici supportano la tesi di Mainstone.

A nord e sud vi sono i contrafforti esterni (H), i quali si elevano fino a questi l’altezza delle sezioni di chiave degli archi principali; questi contrafforti sono uniti ai piloni principali e alla sovrastruttura presente al di sopra mediante archi e pareti.

 

Spaccato isometrico della cupola con indicati gli elementi principali costituenti la struttura. [3]


 

 

 

Modello AutoCAD della struttura realizzato dallo scrivente. A colore diverso corrisponde elemento strutturale diverso (si veda il capitolo relativo alla struttura per altre immagini in dettaglio).

 

Spaccato isometrico ripreso dal basso con indicazione parziale della pianta. [4]

 

Veduta esterna della cupola.

 

 

La cupola attuale, parte della quale è sopravvissuta per 1400 anni, si eleva a 48 piedi (15.0 m) dal livello della cornice superiore; è costituita da mattoni e malta pozzolana. Fissata alla cornice – e quindi indirettamente agli archi – è forata alla base dai 40 archetti delle finestre. Tra le finestre sono presenti dei costoloni che si incontrano nella sezione di chiave della cupola.

Isidoro il giovane, nipote del primo architetto Giustiniano, progettò la seconda cupola. Egli decise di demolire i resti della prima e di ripartire da zero, affrontando il problema strutturale già al livello degli archi.

Riferendoci a tutta la costruzione nel complesso, e non solo agli elementi principali, possiamo vedere l’Hagia Sophia come costituita da due gusci; il guscio interno consiste di cupola con i suoi pennacchi, due semicupole fiancheggianti e le rispettive semicupolette satellite sulle esedre, sostenute da otto supporti verticali. Il guscio esterno posto intorno si eleva fino a circa metà altezza rispetto alla sommità della cupola e contiene le navate laterali e le gallerie sopra di esse, così come il sistema di contrafforti già citato, il quale deve trasferire la spinta dalla sovrastruttura al suolo. Queste due parti basilari sono separate da uno schermo di colonne e si differenziano per la presenza o assenza di supporti interni (la navata centrale è meravigliosamente priva di questi ultimi), oltre che per la considerevole differenza di scala.

Le navate laterali e le soprastanti gallerie, entrambe poste dietro gli schermi di colonne, sono come spettatori riuniti intorno alla vasta navata centrale.


Pianta dell’Hagia Sophia; è evidente l’assenza di supporti interni nella navata centrale rispetto alle navate laterali. [5]


Sezione lungo l’asse est-ovest. Le campiture indicano struttura originaria e successivi interventi. [6]



Sezione lungo l’asse nord-sud. [7]




Veduta esterna della semicupola. [8]




[1] D. M. Nicol, “Byzantine Measurement”, lavoro di recensione di “Byzantinische Metrologie” e “Byzantinische metrologische Quellen” di Erich Schilbach, pubblicato su “The Classical Review”, nuova serie, vol. 22, no. 2 (giugno 1972), pag. 264-265. Pubblicato da Cambridge University Press per conto de “The Classical Association”.

[2] Van Nice sostiene la sua teoria in “The Structure of St. Sophia”, 138, mentre il parere di Mainstone è presente in “Hagia Sophia”.

[3] Immagine presa da: Rabun Taylor, “A Literary and Structural Analysis of the First Dome on Justinian’s Hagia Sophia, Constantinople”, pag. 68, pubblicato su “The Journal of the Society of Architectural Historian”, vol. 55, no. 1 (marzo 1996), pag. 66-78, ad opera della Society of Architectural Historian.

[4] Il disegno è stato eseguito da Choisy. Immagine tratta da: William MacDonald, “Design and Technology in Hagia Sophia”, pag. 22, pubblicato su “Perspecta”, vol. 4 (1957), pag. 20-27, ad opera di “The MIT Press”.

[5] Immagine tratta da: William MacDonald, “Design and Technology in Hagia Sophia”, pag. 21.

[6] Immagine presa da: Emerson H. Swift, “The Latins at Hagia Sophia”, pag. 476, pubblicato su “American Journal of Archeology”, vol. 39, no. 4 (ottobre-dicembre 1935), pag. 458-474, dall’Archeological Institute of America.

[7] Immagine presa da: Emerson H. Swift, “The Latins at Hagia Sophia”, pag. 476.

[8] Immagine tratta da: Christina Maranci, “The Architect Trdat: Building Practices and Cross-Cultural Exchange in Byzantium and Armenia”, pag. 296, pubblicato su “The Journal of the Society of Architectural Historian”, vol. 62, no. 3 (settembre 2003), pag. 294-305, ad opera della “Society of Architectural Historians”.

 

 

 

Qui termina la prima parte, ma c’è ancora molto, moltissimo, da scrivere sulla meravigliosa Hagia Sophia. Diamo allora appuntamento a lettrici e lettori al prossimo articolo.

 

Per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare l’autore a:

onorio@strutturista.com

Ing. Onorio Francesco Salvatore

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