Archi e volte: come gli edifici reggono i loro tetti

Un arco è una costruzione curva di pietre a forma di cuneo che regge un carico sopra un’apertura premendo le pietre l’una contro l’altra. Una volta è un arco allargato in un tetto o in una copertura di pietra. Archi e volte permettono di coprire grandi spazi senza travi di legno.

Fatti

L’arco: come funziona

Una trave di pietra dritta non può coprire grandi luci, perché la pietra resiste alla compressione ma male alla trazione, e la trave si spezza a metà. L’arco risolve il problema rovesciando le forze in modo che tutte le pietre si premano l’una contro l’altra. I conci a forma di cuneo vengono da due lati e si incontrano nella chiave in cima. Quando la chiave è a posto, l’arco si blocca col proprio peso. Per questo si possono coprire grandi aperture con piccole pietre.

Ma un arco spinge anche di lato. I sostegni devono quindi essere pesanti e stabili, oppure un contrappeso deve assorbire la spinta laterale. La base di ogni costruzione a volta è la lotta tra peso e contrappeso. Leggi delle parti dell’edificio alla voce archi e volte.

I romani: l’arco a tutto sesto e il calcestruzzo

I romani fecero dell’arco a tutto sesto il loro marchio. Si vede ovunque, nei piani degli acquedotti come il Pont du Gard e nella facciata del Colosseo, dove arcate reggono le gradinate. Inventarono anche la volta a crociera, in cui due volte a botte si incrociano ad angolo retto, e con il calcestruzzo romano poterono costruire cupole di dimensioni enormi.

La cupola del Pantheon a Roma, finita intorno al 125 d.C., ha una luce di 43,3 metri ed è ancora oggi la più grande cupola al mondo in calcestruzzo non armato. Il calcestruzzo si assottiglia e si alleggerisce verso la cima, e al centro della cupola c’è un’apertura, l’oculo. È l’edilizia romana nella sua forma più famosa; leggi di più nella guida all’architettura romana.

Le volte medievali: romanico e gotico

Nell’architettura romanica si usavano volte a botte e a crociera di pietra sopra le chiese, per esempio nel duomo di Spira. Richiedono muri spessi e finestre piccole. A Durham fu costruita intorno al 1093–1133 una delle prime grandi volte a costoloni d’Inghilterra: costoloni di pietra tesi in diagonale e riempiti con pannelli di pietra più leggeri, così la volta si alleggerisce.

Il gotico portò più avanti la volta a costoloni e la combinò con l’arco a sesto acuto. L’arco acuto spinge più direttamente verso il basso dell’arco a tutto sesto, il che permette di costruire più alti e più stretti. La spinta laterale è condotta da archi rampanti a pilastri, e i muri possono aprirsi in grandi finestre; vedi Saint-Denis. Come si faceva è descritto nelle guide sul costruire e su come riconoscere il gotico.

Cupole, ventagli e moderno

La cupola è una volta che ruota attorno a un asse. Gli architetti bizantini collocavano cupole su sale quadrate con pennacchi a Santa Sofia; vedi l’architettura bizantina. Brunelleschi costruì nel 1420–1436 la cupola della cattedrale di Firenze, la cupola di Firenze, con due calotte e mattoni posati a spina di pesce, così che poté essere innalzata senza una centina di legno completa.

In Inghilterra si sviluppò la volta a ventaglio, in cui i costoloni si aprono come un ventaglio; la cappella del King’s College a Cambridge, costruita nel 1446–1515, ne ha una delle più famose. Antoni Gaudí usò alla Sagrada Família catene sospese per trovare le forme ideali: una catena appesa liberamente dà una catenaria che, capovolta, diventa un arco in pura compressione. Vedi anche la guida su Gaudí e la cattedrale.

Come riconoscerlo

Esercizio

Come si chiama la pietra in cima che blocca un arco?