The Structural Engineer's Corner

Eng. Onorio Francesco Salvatore

Alla scoperta della Hagia Sophia, parte IV: sequenze costruttive e modello AutoCAD 3D

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

Appuntamento con la quarta parte del nostro viaggio a tappe alla scoperta della meravigliosa struttura della Hagia Sophia. Questa volta passeremo in rassegna le sequenze costruttive, soffermandoci su ogni singolo elemento costituente la struttura principale, dai piloni ai colonnati, dai contrafforti alle volte, giungendo fino in cima, alla splendida cupola che sovrasta l’opera.

Al fine di ottenere una spiegazione chiara ed immediata, ho appositamente realizzato un modello AutoCAD in 3D, modellando ogni singolo elemento strutturale e mostrando così tutti i vari step esecutivi.

Al termine dell’articolo metto a disposizione dei lettori più curiosi il modello impiegato in formato .dwg liberamente scaricabile (con la cupola in versione rialzata). Ogni elemento strutturale è stato assegnato ad un layer diverso.

Il sito della costruzione deve essere stato preparato intorno a gennaio-febbraio del 532, con la realizzazione delle fondazioni avuta verso aprile-maggio dello stesso anno.

Le esplorazioni fatte con gli scavi ai giorni nostri, tra cui quelle di Schneider nel 1935, indicano che anche allora si scavò fino ad almeno lo strato di roccia per capire la consistenza del terreno. In realtà uno dei problemi per i dissesti della struttura sarà proprio il terreno.

Già durante la realizzazione delle fondazioni si localizzarono tutti i materiali necessari per la fase successiva nell’aree adiacenti.

I piloni ed i colonnati furono disposti verso giugno-luglio del 532 fino al gennaio del 534.

Già prima di completare piloni e colonnati si iniziarono a realizzare le navate laterali, verso metà anno del 533 e fino a febbraio del 534.

Dopo 3 mesi di attesa, da febbraio ad aprile del 534, si iniziò il secondo livello, quello delle gallerie poste sulle navate laterali. La costruzione durò fino a gennaio del 535.

Non appena furono finite le gallerie si passò immediatamente a realizzarne la copertura delle stesse, con i lavori che finirono a luglio del 535.

Verso giugno del 535 intanto, un mese prima della fine dei lavori per la copertura delle gallerie, fu la volta degli archi principali e del completamento dei piloni.

A luglio del 535 partirono anche i lavori per la costruzione dei timpani, parzialmente ricostruiti in seguito.

Le semicupole, i pennacchi ed ulteriori lavori sui piloni furono eseguiti da novembre del 535, ovvero non appena furono completati i timpani, ad aprile dello stesso anno.

Subito dopo il termine dei lavori precedenti partirono i lavori per la costruzione della cupola, ovvero da luglio del 536 fino a novembre del 536.

Nel frattempo vennero portati avanti i lavori per completare il piano terra, che finirono completamente verso febbraio-marzo del 535 (finiture escluse, i cui lavori durarono fino al dicembre del 537).

Verso maggio del 536 fu completato il piano delle gallerie (anche in questo caso, finiture escluse).

Tutti i lavori di costruzione, rimozione delle impalcature incluse, terminarono verso luglio del 536.

Le finiture delle restanti parti e la disposizione degli arredi iniziò verso luglio-agosto del 536 per finire verso novembre del 537.

 

Per rispettare questa tabella di marcia pare siano stati impiegati circa 10mila uomini.

Nelle fasi iniziali dei lavori non devono esserci stati problemi, con alcune operazioni anche abbastanza semplici, come la realizzazione dei piloni fino alla quota dei capitelli; in questa fase, infatti, vi era solo il peso proprio come azione e non ancora le spinte della copertura.

Quello che sorprende è che, una volta realizzati i piloni principali, anziché mantenerne la sezione su tutti i piani, come avviene ad esempio nella Chiesa dei Santi Sergio e Bacco, si ha una brusca riduzione.

Sebbene i carichi da peso proprio siano inferiori, tali sezioni sembrano essere strettamente sufficienti per poter sopportare le spinte di cupola e semicupola.

Tra i motivi di cui si racconta vi è una improvvisa carenza di denaro che non consentì all’imperatore di garantire il materiale necessario per completare la costruzione; fino a quando, però, questi non trovò miracolosamente una grande somma di monete che gli permise di sopperire in parte alla penuria di materiale. Questa vicenda la si ritrova in “Narratio”, ma lascia non pochi dubbi.

Altre spiegazioni si riferiscono alla sempre più crescente voglia dell’imperatore di avere la chiesa finita, al punto da velocizzare la costruzione snellendo le sezioni.

Altri motivi ancora parlano di una Hagia Sophia ancora più maestosa rispetto a quella che si può osservare oggi, ma durante la costruzione ci si “accontentò” di forme più semplici e si ebbe la configurazione che possiamo ammirare adesso.

Lo stesso problema lo si ha anche per le colonne: tra il piano terra e quello delle galleria si nota una brusca riduzione di sezione, sebbene diminuisca l’intercolunnio. I motivi più probabili in questo caso possono risiedere nella difficoltà di reperire colonne dello stesso fusto, costituite da materiale pregiato quale marmo verde antico. Questa penuria costrinse ad accontentarsi di fusti più snelli, compensando la minore sezione con una riduzione della distanza tra colonne.

Per quanto riguarda i materiali impiegati, i piloni sono costituiti da grossi blocchi di pietra calcarea tenuti insieme da strati di malta. Un particolare interessante riguarda la presenza di fogli di piombo disposti talvolta insieme alla malta in modo da avere

una migliore distribuzione della pressione”. [1]

 

Tutte le volte e gli archi erano in tessitura di mattoni, seguendo la tradizione delle costruzioni presenti negli imperi orientali, come nella Rotonda di Galerio a Tessalonica o nella Basilica Rossa di Pergamon. Va però precisato che la grande quantità di polvere di mattoni presente nella malta conferiva all’impasto caratteristiche simile alle pozzolane naturali usate nei cementi romani. [2]

Nel realizzare le cornici, invece, gli architetti impiegarono un gran numero di aggrappi per tenere insieme i blocchi di marmo.

Nel costruire i vari elementi costituenti la chiesa i due architetti dovettero fronteggiare problemi progettuali come la quantità di catene, le loro sezioni, le sezioni dei piloni, le connessioni tra i blocchi di pietra calcarea, ecc; il tutto affidandosi solo al poco aiuto che poteva offrire la scienza del tempo (in cui comunque erano esperti).

Un primo problema abbastanza serio lo si ebbe già durante la realizzazione degli archi; questi elementi dovevano poggiare sui piloni, ma gli architetti non avevano la certezza che tutto sarebbe andato come si aspettavano. Non potevano contare su una dettagliata analisi dei carichi e, probabilmente, non avevano una conoscenza ottimale dell’arco; e quando i quattro archi cominciarono a spingere sui piloni già stava avvenendo il primo crollo.

Le difficoltà avute in cantiere vengono descritte così da Procopio:

Uno degli archi principali che ho appena menzionato (chiamato ‘loroi’ dai ‘mechanopoioi’), precisamente quello verso est, era appena stato eretto su entrambi i lati ma non ancora al centro ed era ancora in attesa [di essere completato].

I piloni, in cima alla quale la struttura stava venendo costruita, incapaci di reggere la massa che stava premendo verso il basso, immediatamente iniziarono deformarsi e sembravano essere sul punto di crollare.

A quel punto Antemio e Isidoro, terrificati da quanto appena successo e avendo perso fiducia nelle proprie abilità, riportarono la questione all’imperatore. E l’imperatore, spinto da non so cosa, ma io penso Dio dato che egli non era un mechanicos, comandò loro di completare la curva dell’arco.

‘Perché quando premerà contro sé stesso’, egli disse, ‘non avrà più bisogno dei piloni sotto di lui.’

Se non vi fossero stati testimoni di questa storia io so che essa sarebbe sembrata adulazione e al contempo incredibile, ma dato che vi sono molti testimoni di quanto è accaduto a quel tempo noi non esitiamo a credergli. Così i costruttori fecero come gli fu ordinato e tutto l’arco rimase sospeso in maniera sicura, quindi dimostrando la validità della sua idea [dell’imperatore]. In questo modo fu completato”.

 

In realtà, non è affatto vero che l’arco completato non avrebbe necessitato dei piloni sotto di esso. Il completamento avrebbe aggiunto carico sui piloni, al contrario, e la successiva rimozione delle impalcature avrebbe aggiunto altro carico ancora. Queste azioni verticali avrebbero – come effettivamente fecero – stabilizzato la struttura. L’imperatore, al contrario, immaginando un comportamento irreale, credeva che l’arco completato non necessitava di piloni a supporto.

L’unica spiegazione che gli studiosi danno a questa grave concezione errata è che Procopio si sia confuso tra due eventi separati. Procopio, infatti, scriveva non da testimone diretto ma bensì venti anni dopo. Allora è probabile che l’episodio del crollo sia da riferirsi in realtà ad altro. In effetti, non appena gli archi furono completati essi iniziarono a spingere; a sopportare questa spinta, nella direzione nord-sud, vi erano piloni principali e piloni di contrafforte. Sicuramente, sotto l’effetto della spinta questi piloni cominciarono a piegarsi verso l’esterno dando l’impressione di stare sul punto di crollare.

La soluzione a questo problema, con i piloni che si deformavano eccessivamente, consisté nel rinforzarli – un cambiamento notevole in corso d’opera.

L’irrigidimento avvenne aggiungendo le proiezioni dei piloni – disposti tra i piloni principali e di contrafforte – sia al livello della navata che a quello delle gallerie.

 

Cerchiamo di capire i vari elementi facendo ricorso ad un modello 3D che il sottoscritto ha realizzato con AutoCAD.

 

Le proiezioni dei piloni aggiunte per irrigidire lo schema in direzione nord-sud.


Con il completamento dell’arco e la rimozione delle impalcature, l’aggiunta di carico fece stabilizzare i piloni e quindi non vi furono crolli. Probabilmente, nella confusa narrazione degli eventi da parte di Procopio, è proprio a questo aspetto che si riferiva l’imperatore. In tal caso, però, non avrebbe detto “l’arco completato non avrà bisogno dei piloni al di sotto” ma bensì “l’arco completato stabilizzerà i piloni”, o qualcosa di simile.

Quello citato non fu l’unico problema riguardante i piloni in quanto nel momento in cui andarono a costruire i pennacchi e la restante muratura al di sopra, i piloni soffrirono sempre più il carico. Anche in questo caso i lavori furono interrotti e l’imperatore nuovamente interpellato. La sua soluzione fu di sostituire i conci danneggiati con conci nuovi.

Ai problemi di spinta vanno aggiunti anche quelli relativi alla muratura, la quale è costituita da grossi spessori di malta, quindi tutta la resistenza e la rigidezza delle opere dipendeva fortemente dalla maturazione della malta. In una costruzione del genere, realizzata nel pochissimo tempo imposto dall’imperatore, c’è da aspettarsi che vi siano stati problemi nell’immediato durante l’edificazione.


Immagine ripresa dalle gallerie; in primo piano, ai lati, si notano le proiezioni dei piloni e l’archetto che li collega.


Pianta dell’Hagia Sophia avente da un lato il piano terra e dall’altro il piano superiore. Si nota la forte riduzione di sezione dei piloni principali e delle colonne e la riduzione dell’intercolunnio.

Fase 1: piloni principali, secondari e di contrafforte al piano terra

Fase 2: colonnati di navata ed esedre

Fase 3: piloni principali, secondari e di contrafforte al piano delle gallerie

Fase 4: colonnati di gallerie ed esedre e volte a botte tra archi secondari

Fase 5: archi

Fase 6: piloni di contrafforte posti a limite degli archi

Fase 7: timpani

Fase 8: pennacchi, semicupolette sulle esedre, abside e semicupoletta sull’abside

Fase 9: pareti di supporto per le semicupole principali

Fase 10: semicupole principali

Fase 11: completamento pennacchi, pareti sugli archi e cornice per la cupola

Fase 12: cupola e completamenti alla struttura principale

 



[1] La citazione, di Paolo il Silenzioso, è tratta da: Rowland J. Mainstone, “Justinian’s Church of St. Sophia, Istanbul: Recent Studies of Its Construction and First Partial Reconstruction”, pag. 44, pubblicato su “Architectural History”, vol. 12 (1969), pag. 39-107, ad opera di SAHGB Publications Limited.

 

[2] A. Moropoulou, K. Labropoulos, P. Moundoulas and A. Bakolas, “The contribution of historic mortars on the earthquake resistance of byzantine monuments” pubblicato su “Measuring, Monitoring and Modeling Concrete Properties, An International Symposium dedicated to Professor Surendra P. Shah, Northwestern University, U.S.A.”

 

 

Come anticipato ad inizio articolo, qui di seguito vi è il link al modello AutoCAD che ho realizzato:

Hagia Sophia 3D

 

 

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

onorio@strutturista.com

Ing. Onorio Francesco Salvatore

You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *