Macchine da cantiere nell’antichità

In questo breve spazio vorrei occuparmi delle macchine da cantiere per il sollevamento pesi nell’antichità, nel Medioevo e nel Rinascimento (per quanto riguarda queste ultime saranno trattate nei prossimi post) . Quanto segue, è l’estratto di un articolo di Giangiacomo Martines della Rivista del Centro internazionale di Studi di Architettura Andrea Palladio di Vicenza.

Epoca Romana

Vitruvio dedica il X libro del De Architectura alla meccanica; in esso descrive tre macchine da sollevamento per il cantiere edile.

•  La prima macchina (trispastos in greco) è una capra con paranco e verricello. La   capra è un bigo o biga formata da due antenne unite in alto da una legatura di fune oppure da una caviglia; il bigo è trattenuto in posizione da funi fisse o controventi. Il verricello (argano ad asse orizzontale, azionato a mano, per il sollevamento) è disposto tra le due antenne. Il paranco (sistema di carrucole multiple) è a tre pulegge.

• La seconda macchina da sollevamento descritta da Vitruvio è una capra con paranco doppio, tamburo e argano. Lo schema della capra è il medesimo. Il trispastos ha tre coppie di pulegge con due funi traenti. Al posto del verricello vi è un tamburo sul cui asse si avvolgono le due funi traenti; il tamburo è azionato da un argano.

• La terza macchina è un’antenna unica con paranco triplo. Ogni taglia (la riunione di più carrucole in una sola staffa) ha tre ordini di tre pulegge ciascuno con tre funi traenti. Le funi possono essere tirate direttamente da tre file di uomini esperti; l’antenna può inclinarsi e deporre il carico con precisione. Il nome di questo genere di macchina è polyspastos ed ha un paranco con 18 pulegge.

Secondo Philippe Fleury la potenza massima:

• della seconda macchina, il trispastos azionato da una ruota con uomini calcanti, raggiungeva 11 tonnellate;
• della terza macchina, 13-14 tonnellate, tenendo conto anche dell’attrito.

Sicuramente Marco Vitruvio Pollione ha descritto tre macchine da sollevamento che conosceva personalmente per averle viste in funzione; esse corrispondono a macchine che furono realmente impiegate nei cantieri romani del I secolo a.C. Il De Architectura fu ultimato intorno al 30-27 a.C. prima dell’inizio delle grandi fabbriche in opera laterizia. Vitruvio descrive anche altre macchine di impiego civile, per il trasporto dei fusti monolitici di colonne, per il sollevamento dell’acqua ma sono le macchine per il sollevamento dei pesi che rappresentano la tecnologia edilizia.

Una testimonianza fondamentale per l’epoca romana è l’opera di Erone di Alessandria “La macchina da sollevamento” o meglio “Il sollevamento dei pesi” risalente alla metà del I secolo d.C. Questo non è un trattato come il De Architectura ma un libro di scuola per studenti di architettura comprensivo di esercizi.

La prima figura del manoscritto di Erone presenta un argano azionato da una manovella. L’argano è composto da 6 ruote dentate che formano un sistema di verricelli capace di moltiplicare 200 volte la forza motrice o meglio il momento della manovella: così il braccio di un bambino muovendo l’ingranaggio sarà capace di spostare un carico di 1000 talenti, pari a 21 tonnellate. Questo primo paragrafo costituisce l’introduzione ai tre libri e pare collocato fuori posto rispetto all’organizzazione della materia: il risultato è suscitare la meraviglia di chi legge.

Alcuni esempi

• Una miniatura del “Virgilio Vaticano” presenta un grande cantiere: Enea e Acate dall’alto di una collina assistono alla costruzione di una città, Cartagine. Il codice è del secolo IVV e la figura è a piena pagina. Al centro della scena di cantiere è una macchina di sollevamento: l’antenna pare avvolta da una fune come quella di Erone; ma la forza motrice è esercitata da una ruota come nella seconda macchina di Vitruvio. Questa miniatura documenta dunque la continuità e la consuetudine delle stesse macchine di sollevamento nell’arco di quattro secoli.

• Un documento di eccezione di tale continuità è costituito dal rilievo che rappresenta un tempio funerario e una gru, proveniente dal sepolcro degli Haterii sulla via Labicana e conservato nel Museo Gregoriano in Vaticano.  La gru degli Haterii è azionata da una gigantesca ruota con cinque uomini calcanti dentro; a terra, altri due operai collaborano con funi al movimento della ruota probabilmente nell’intento di vincere l’inerzia iniziale. L’antenna è inclinata verso il tempio che evidentemente è stato appena ultimato; la gru è trattenuta da sette controventi di cui due davanti ad essa e cinque dietro; ogni controvento è collegato all’antenna mediante una taglia con due girelle: il sistema consente manovre di precisione come per il picco di una nave. Sull’antenna sono evidenti le testate di trasversi orizzontali. Secondo Fleury questa gru corrisponde alla seconda macchina da sollevamento di Vitruvio cioè è formata da due distinti montanti convergenti alla sommità, di cui quello in vista copre l’altro. Da un osservazione più rigorosa si può notare che i montanti sono effettivamente due, ben distinti e ricavati nella profondità del bassorilievo. I montanti sono paralleli e sembrano costituire un’antenna unica, irrigidita dai trasversi, come nella terza macchina di Vitruvio. Possiamo quindi immaginare che con questo tipo di macchina siano stati costruiti gli edifici raffigurati sul sepolcro degli Haterii: l’arco di Tito e il Colosseo.

Nell’antichità le macchine più potenti, con più funi traenti, potevano sollevare monoliti di decine di tonnellate: fino a 26 o 30, cioè l’equivalente di un cubo di marmo di Carrara di oltre 2 metri di lato.

Primati di Ingegneria

La grande struttura di piccoli elementi è la caratteristica propria di un altro primato d’ingegneria del mondo antico, opera di Apollodoro di Damasco (architetto di Traiano, del foro, della colonna, delle terme che portano il nome di questo imperatore) e insuperata: il ponte sul Danubio a valle delle Porte di Ferro.

Ricostruzione del ponte di Apollodoro

 Di esso restano le teste di ponte con le pile, la raffigurazione sulla colonna Traiana, la memoria di un trattato autografo non pervenuto. Non abbiamo altrettante notizie sul cantiere di costruzione della colonna Traiana che fu un altro primato di snellezza e di architettura megalitica nello stesso tempo: il capitello è un monolite di 44,6 tonnellate, innalzato a 50,6 metri dal piano del foro.

Conclusione

La conoscenza dei principi della meccanica, l’esperienza e la tecnica sono attestate nel periodo classico e nel Tardoantico dalle macchine impiegate per l’edilizia: evidentemente anche prima dell’impiego di materiali diversi e di energie diverse da quelle disponibili immediatamente in natura venne costruito ogni genere di macchina di sollevamento, realizzabile in legno, con alti limiti di portanza.