IL PROGETTO UNIMED CULTURAL HERITAGE 2 ED HAGHIA SOPHIA A ISTANBUL Docci Mario, Bianchini Carlo

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1 IL PROGETTO UNIMED CULTURAL HERITAGE 2 ED HAGHIA SOPHIA A ISTANBUL Docci Mario, Bianchini Carlo Le attività di ricerca e sperimentazione iniziate nel luglio 2003 sulla cupola e sull intera struttura di Haghia Sophia ad Istanbul appaiono a nostro avviso meritevoli di essere descritte non solo e non tanto in relazione alle acquisizioni tecnico-scientifiche raggiunte (peraltro certamente non irrilevanti) quanto in relazione al contesto che ha reso possibile l intera operazione: in un momento in cui in tutti i campi il concetto di buona pratica appare irrinunciabile, riteniamo questa lo Figura 1 Hagia Sophia ad Istanbul Foto del complesso possa essere nel campo della salvaguardia e conservazione dei Beni Culturali. Come si può facilmente immaginare, un operazione che ha visto coinvolte più o meno cinquanta persone provenienti dall Italia e dalla Turchia, che ha avuto come vincolo temporale per la campagna di acquisizione dei dati meno di una settimana (dal 10 al 15 luglio 2003) comprendendo in questo periodo varie attività collaterali come conferenze stampa e un convengo internazionale dedicato al tema della conservazione e messa in sicurezza di Haghia Sophia, ben si comprende la sua singolarità che, almeno nel nostro piccolo, continuiamo a considerare un evento. UN BUON LAVORO DI SQUADRA Capolavoro dell architettura bizantina, Haghia Sophia è universalmente nota soprattutto per l enorme cupola (circa 30 metri di diametro) che sovrasta lo spazio centrale: ma come spesso accade l elemento più formidabile, la cupola appunto, si è rivelato nel tempo anche il suo tallone d Achille più sensibile, come testimoniano i numerosi crolli e dissesti nel tempo l hanno interessata. A tutt oggi rimangono ancora aperti praticamente tutti i problemi connessi non solo con la stabilità sua e dell edifico che la sostiene, ma addirittura quelli per così dire preliminari rispetto ad essi, non esistendo ancora né un rilievo completo ed affidabile dell organismo né tanto meno uno studio sistematico in grado di chiarire la forma, la consistenza e la tecnologia con cui i vari elementi costruttivi sono stati realizzati. Tale situazione tuttavia non è imputabile alla mancanza di tecnologie adatte alla risoluzione delle varie questioni poste in precedenza, né alla scarsa sensibilità dei responsabili del complesso museale di Haghia Sophia, né tanto meno all approssimativa preparazione degli specialisti turchi: si tratta piuttosto di un difetto di comunicazione tra quei differenti

2 soggetti in grado, a livello sovranazionale, di collaborare paritariamente in una sorta di joint venture nel settore dei Beni Culturali. L evento cui abbiamo accennato appare proprio questo: la capacità e possibilità di aver costruito un luogo comune di lavoro in cui positivamente le singole istanze potessero trovare una sintesi efficace. Nel nostro caso questo luogo è stato il Progetto Cultural Heritage 2 (gennaio 2002 giugno 2005, project website: finanziato dalla Unione Europea nel quadro del Programma Euromed Heritage (espressione operativa dei principi sanciti nel 1995 con la Carta di Barcellona sul Patrimonio Culturale Euro-mediterraneo) di cui l Unimed (Unione delle Università del Mediterraneo) è capofila essendo nel contempo il nostro Dipartimento RADAAR investito della responsabilità scientifica. E opportuno a questo punto descrivere brevemente la natura e lo scopo del Progetto UCH2, i cui obiettivi fondamentali possono essere così sintetizzati: coagulare le competenze scientifiche e professionali nel vasto settore della tutela e valorizzazione dei patrimonio culturale attualmente distribuite in modo disomogeneo nell area euro-mediterranea promuovendo l interazione e l integrazione delle persone che fisicamente rappresentano tali competenze sul terreno della concreta risoluzione di problemi ben delineati. garantire un indirizzo scientifico aggiornato e di elevato livello in tutte le fasi caratteristiche della gestione e valorizzazione del bene culturale fornendo anche supporti tecnico-operativi. raccogliere, filtrare, selezionare esempi campione di interventi particolarmente significativi nel settore dei Beni Culturali rendendo quindi disponibili in rete le relative informazioni mediante la realizzazione di un portale dedicato. mettere a punto procedure e protocolli per la comunicazione a distanza, la trasmissione di volumi anche notevoli di dati; strutturare software interattivi di interrogazione di databases. sperimentare, in accordo con gli indirizzi tecnico-scientifici strategici, nuovi approcci finalizzati alla conoscenza, documentazione, restauro, gestione, valorizzazione dei Beni Culturali. promuovere attività di formazione finalizzate alla preparazione di esperti in grado a loro volta di fungere da formatori nei rispettivi paesi di origine. Se dunque il Progetto UCH2 rappresenta la cornice fondamentale entro cui si colloca l intera operazione, sarebbe erroneo considerarlo l unico ingrediente: né da un punto di vista finanziario né da quello tecnico-scientifico. Affinché l operazione fosse coronata da successo è stato necessario uno sforzo ben maggiore che ha visto coinvolte risorse ed attrezzature esterne rispetto al progetto stesso: per citare solo alcuni esempi, il Ministero Turco Figura 2 Hagia Sophia ad Istanbul, Le operazioni di rilevamento della Cultura ha seguito da vicino le varie operazioni rendendo con il proprio supporto ordinaria amministrazione questioni normalmente complicatissime; la Direzione del Museo di Haghia Sophia ha assicurato una totale accessibilità dei luoghi (a volte anche a scapito della fruizione turistica) fornendo inoltre personale di supporto anche al di là del normale orario di lavoro; la Boğaziçi University di Istanbul ha assicurato gran parte della logistica (soggiorno

3 per tutto il personale straniero coinvolto presso la propria guesthouse, trasporti, movimentazione attrezzature, accompagnatori bilingue, etc.) come pure l indispensabile supporto scientifico ed una capillare sensibilizzazione dei media e della comunità scientifica turca; l Unimed, dispiegando il proprio staff quasi al completo, ha curato, oltre alla logistica per parte italiana (spedizioni attrezzature, assicurazioni, sdoganamenti, viaggi, etc.), la perfetta riuscita delle attività collaterali previste in modo che l intera operazione risultasse adeguata alle aspettative suscitate; il Dipartimento RADAAR ha fornito le attrezzature per il rilevamento (scanner 3D, strumenti topografici, etc.), il personale specializzato sia durante le fasi di acquisizione dei dati che in quelle successive di elaborazione. Di tutto questo solo una quota, seppure rilevante, è stata coperta dal Progetto UCH2: il resto è venuto da fondi (ricerca, studio, manutenzione, etc.) appartenenti alle singole istituzioni (Per maggiori informazioni sui vari aspetti della ricerca cfr. Disegnare, Idee, Immagini n 26). PRODUCE SEMPRE BUONI RISULTATI E dunque in questo quadro che abbiamo pianificato l insieme delle attività da sviluppare nel tempo ristretto delle quattro giornate a nostra disposizione superando inoltre il disagio di un ponteggio che occupava circa 1/4 della struttura. Si è per prima cosa deciso di portare avanti parallelamente tanto la scansione 3D che la campagna topografica di appoggio necessaria all orientamento assoluto del modello complessivo così come di ogni singola scansione (accorgimento quest ultimo volto a minimizzare quanto più possibile i rischi di incongruenza tra i vari insiemi di dati). Per la parte topografica si è utilizzata la stazione totale Zeiss Rec-Elta 15, dotata di distanziometro laser per misure anche senza prisma, con cui sono stati opportunamente rilevati circa 130 punti a partire da una poligonale aperta i cui vertici hanno assunto la funzione di poli; le coordinate polari dei vari punti, trasferite dal libretto di campagna ad un foglio elettronico, hanno in seguito consentito di ottenere una rappresentazione CAD 3D in automatico. Contemporaneamente alla campagna topografica (e fotografica) è stata condotta la scansione tridimensionale dell interno della navata centrale e dell intradosso della cupola. Il modello numerico (nuvola di punti 3D) è stato acquisito utilizzando il laser scanner 3D Cyrax 2500, che con le sue caratteristiche di accuratezza (6mm. a 50m.) e versatilità di applicazione (angolo di campo 40 x40, impiego flessibile da 100m. fino ad 1,5m. dall oggetto) ha permesso di effettuare scansioni a densità millimetrica su superfici sia vicine che lontane rispetto allo strumento. Dall orientamento dei modelli ripresi dai 17 punti di vista (scanworlds), si è quindi potuto elaborare una nuvola di punti generale con densità di un punto ogni 4 centimetri; al suo interno si trovano Figura 3 Hagia Sophia ad Istanbul, La nuvola generale altre 423 scansioni ad alta densità (50x50 centimetri - 250x250 punti) di quegli elementi che, traguardati in contemporanea con la stazione totale, sono stati poi utilizzati per le operazioni di orientamento delle singole prese. Il modello numerico cosi ottenuto contiene 52 milioni di

4 Figura 4 Hagia Sophia ad Istanbul, Elaborazione del Modello 3D. Da sinistra, le sezioni orizzontali con passo 25 cm. e il modello renderizzato. punti, referenziati rispetto ad un unica terna assoluta la cui origine si è scelta coincidente con la prima delle stazioni topografiche (Fig. 3). Messo a punto il modello complessivo, si sono avviate le analisi 2D e 3D. Si sono presi in esame i due piedritti e l arcone Ovest, considerando questi tre elementi come separati dal resto della struttura; effettuata una riduzione percentuale della nuvola di punti è stato possibile, dalla media dei 10 cerchi disegnati selezionando due punti all imposta ed uno in chiave, ricavare i due archi di cerchio che meglio descrivono la forma dell arco all intradosso; considerazioni analoghe sulla forma 2D dei profili sono state sviluppate per l arcone ad Est nonché per l intera sezione strutturale (arcone + piedritti). La cupola è l elemento che evidentemente ha subito nei secoli le maggiori trasformazioni: in origine essa era stata concepita da Antemio di Tralles probabilmente con un profilo molto ribassato; dopo il crollo del 558, essa fu sostituita da Isidoro da Mileto con quella attuale il cui sesto risulta molto più alto. In seguito ai danni provocati dai successivi crolli parziali (989 e 1346) essa fu ricostruita per parti dando luogo ad una forma complessa la cui geometria è tuttavia stata verificata sottoponendo il suo modello 3D ad una serie di 62 sezioni orizzontali con passo di 25 cm. (Fig. 4); di queste 45 sono state selezionate come rappresentative delle deformazioni più evidenti e, insieme ad altre sezioni verticali radiali poste tra i costoloni in corrispondenza delle vele, hanno consentito di individuare sulla calotta diverse situazioni di possibile criticità: dall evidente ricucitura lungo la diagonale Nord-Est del quadrato su cui è impostata la cupola, alle deformazioni che si evidenziano ad una quota inclusa tra 53,5 e 49 metri da terra. Altre deformazioni sono riscontrabili all altezza dell imposta della cupola, in direzione Est e Sud-Est. Come noto il laser scanner rileva, punto per punto, anche il valore di risposta del materiale in termini di riflettanza al raggio laser; ne deriva un dato che, oltre a costituire un riferimento essenziale per successive operazioni di texture mapping, appare predittivo della natura e dello stato dei materiali che costituiscono la superficie. Tale dato, unito alla presenza di vuoti in zone del modello dell intradosso della zona Nord (rivelatore del cosiddetto fenomeno della diffrazione distruttiva Fig. 4 a destra in alto), ci ha permesso di individuare alcune aree ove giacciono le porzioni di volta corrispondenti ai crolli avvenuti nel VI secolo. Le deformazioni delle strutture

5 Le tecniche costruttive bizantine hanno certamente giocato un ruolo non secondario nelle deformazioni che segnano pesantemente le principali strutture di Haghia Sophia e in questi termini possono essere spiegati, almeno in parte, i notevoli assestamenti che si sono verificati, soprattutto nei quattro pilastri maggiori, sia in fase di esecuzione che successivamente, anche per effetto della spinta della cupola. La deformazione dei pilastri, sebbene siano stati realizzati fino all altezza dei matronei con grandi blocchi di pietra, è molto evidente: i due archi trasversali Est e Ovest, deformandosi a loro volta, hanno spinto verso l esterno i pilastri allargandoli, in corrispondenza del piano d imposta, di circa 60 centimetri. È difficile ricostruire a quale periodo risalgano le deformazioni presenti sulle strutture di Haghia Sophia a causa dei moltissimi interventi di ricostruzione e restauro (fra i più recenti merita ricordare quelli realizzati nel 1837 dagli ingegneri svizzeri Gaspare e Giuseppe Fossati sulla cupola e le colonne dei matronei, che furono riposizionate per riportarle alla loro originaria verticalità). Anche la forma della cupola in corrispondenza dell imposta ha subíto varie modifiche a causa sia delle ricostruzioni, sia delle deformazioni imputabili alla tecnica costruttiva, sia del comportamento delle strutture medesime, tanto che oggi la sua pianta è più vicina all ovale che alla circonferenza. La conoscenza di tutti questi fenomeni è Figura 5 Hagia Sophia ad Istanbul, Studio della geometria della cupola Figura 6 Hagia Sophia ad Istanbul, Studio delle deformazioni planimetriche indispensabile per comprendere le cause che li hanno prodotti, valutare lo stato del monumento e poter quindi mettere in atto interventi volti alla sua messa in sicurezza. Dai dati ricavati dal modello 3D si evidenzia per prima cosa come il centro della struttura emisferica sia spostato verso il basso rispetto al piano di imposta. La sfera teorica che appartiene a una serie di 112 punti scelti tra quelli giacenti sulle vele presenta un diametro di 33,40 metri, mentre il suo centro si trova più in basso del piano d imposta di 1,97 metri, un valore più alto di quello riportato da vari autori (Fig. 5). Dagli stessi dati deriva il diametro dell imposta della cupola che è di circa 31,50 metri in direzione Est-Ovest, mentre risulta di 32,40 metri in direzione Nord-Sud confermando la deformazione alla sommità dei quattro pilastri sui quali si impostano i pennacchi. Il quadrato di base, che ha il lato di circa 31 metri, si è modificato nel corso della costruzione sotto il peso delle strutture; tale deformazione è complessivamente di circa 0,50 metri nella direzione Est-Ovest, mentre raggiunge 1,40 metri in quella Nord-Sud. In particolare la circonferenza teorica dell imposta della cupola presenta notevoli scostamenti rispetto alla curva reale soprattutto nella direzione Nord-Sud, perpendicolare all asse principale. Con ogni probabilità ciò è da attribuire alla maggiore

6 rigidità strutturale indotta dalle due semicalotte che rinfiancano gli arconi Est-Ovest unita alla minore spinta degli arconi che chiudono le due pareti Nord e Sud. Di conseguenza l impianto planimetrico teorico della cupola, per effetto della sua spinta e del cedimento differenziato delle murature, ha assunto una forma ovoidale con l asse maggiore disposto in direzione Nord-Sud. Particolarmente significative sono anche le deformazioni di alcuni costoloni dell intradosso, certamente attribuibili agli interventi di ricostruzione, come dimostrano la sovrapposizione delle sezioni orizzontali della cupola con le corrispondenti sezioni della semisfera teorica: come è evidente le maggiori deformazioni (in alcuni punti gli cm.) sono concentrate in due direzioni inclinate di circa 45 gradi rispetto all asse principale Est-Ovest, in straordinario accordo con la documentata ricostruzione di circa un quarto della cupola dopo il crollo del 1346 (Fig. 6). Il rilevamento dei due arconi liberi, a Est e Ovest, ha messo in evidenza una particolarità fino a oggi non notata: l intradosso dell arco non è costituito da un semicilindro circolare retto, ma da un semitronco di cono circolare (Fig. 8). La superficie dell intradosso, infatti, ha come direttrice due semicerchi di diverso raggio, quello più grande di raggio 16,81 metri verso la grande cupola, mentre quello più piccolo di raggio 16,50 metri verso l esterno (vale a dire verso l abside per l arcone Est e verso il nartece d ingresso per quello Ovest) rivelando probabilmente una correzione ottico-percettiva messa in atto dai progettisti e riscontrabile anche sulla parete Nord. Quest ultima, in accordo con quanto riscontrato a livello della cupola, mostra dal basso verso l alto i segni un progressivo movimento verso l esterno: la deformazione rispetto alla verticale appare infatti più contenuta nel tratto che va dal pavimento alla cornice superiore dei matronei (0,66 metri), mentre il fuori piombo dal piano d imposta della cupola fino a terra è di circa 1 metro. Figura 7 Hagia Sophia ad Istanbul, Superficie NURBS dell intradosso Figura 8 Hagia Sophia ad Istanbul, Studio della geometria degli arconi Il lavoro descritto è evidentemente da considerarsi parziale. Tuttavia esso ha consentito di delineare una nuova prospettiva per Haghia Sophia: suscitando nuovo interesse a livello internazionale sul tema; dando avvio ad una stabile collaborazione tra le istituzioni coinvolte (è operativo un protocollo di intesa tra le istituzioni italiane e turche che rappresenta un primo ufficiale riconoscimento del lavoro fin qui svolto così come un passo importante per la definizione del quadro formale delle successive attività); delineando infine un percorso di cooperazione tra molti soggetti che appare ancora più necessario in un momento come questo di scarsa attenzione nei confronti dei Beni Culturali.

7 References 1. Bianchini Carlo, Modelli discreti e modelli continui nel rilievo e rappresentazione informatizzata dell architettura. Disegnare idee immagini, 2001, vol. 22, pag Bianchini Carlo, Nuove applicazioni fotogrammetriche al rilievo e rappresentazione delle superfici architettoniche: il Modello Digitale Continuo. Frontiere del rilievo. Dalla matita alle scansioni 3D, 2001, pag Bianchini Carlo; Paolini Priscilla, Rilievo per il restauro e la messa in sicurezza di Haghia Sophia a Istanbul: prime sperimentazioni. Disegnare idee immagini, 2003, vol. 26, pag Bianchini Carlo, Modelli interattivi esplorabili in rete: nuove applicazioni del 3D Web Browsing al settore dei Beni Culturali. Disegnare idee immagini, 2004, vol. 28, pag Docci Mario, El levantamiento con escáner laeser una nueva frontera para el conocimiento. In R & R Restauración & Rehabilitación n Ippolito Alfonso, Elaborazione tridimensionale e analisi del modello della cupola di Hagia Sophia. Metodologie innovative integrate per il rilevamento dell architettura e dell ambiente, 2005, pp DOCCI, Mario and MAESTRI, Diego, Il rilevamento architettonico : storia, metodi e disegno. Bari: Laterza, p.330, ISBN Docci Mario, Hagia Sophia. Analisi del rilevamento interno. Disegnare idee immagini, 2003, vol. 26, pag Bianchini, Carlo e Docci, Mario Unimed Cultural Heritage 2 Project and Haghia Sophia in Istanbul. Eva Florence 2005, pp.61-86