Alguien que regresaba de su exilio en Florencia, a finales de la década de 1420, declaró que la cúpula de la nueva catedral podía dar sombra a toda la población de Toscana. Si bien tal afirmación es algo exagerada, lo cierto es que esta espectacular cúpula ha dominado la ciudad desde el momento de su construcción.
Las cosas bien podrían haber sido muy distintas. Jamás se había intentado construir una cúpula de semejantes dimensiones y eran muchos los que consideraban que tamaña audacia rayaba en la insensatez. Una vez completada con éxito esta elegante estructura, su principal artífice, Filippo Brunelleschi, recibió los más altos honores y no tardó en convertirse en un mito del Renacimiento.
La catedral se alza sobre el emplazamiento de la vieja iglesia de Santa Reparata. Los trabajos de reconstrucción comenzaron en 1294 y prosiguieron, de manera intermitente, hasta 136667, fecha en la que los artistas y maestros constructores trazaron un nuevo plano del edificio, que constaba de una larga nave con crucero y coro.
En el punto de intersección de la nave con el crucero y el coro concibieron un espacio octogonal que abarcaba la anchura total de la nave central y las naves laterales, coronado por una alta cúpula sobre tambor. Decidieron que tanto el tambor como la cúpula tendrían una planta octogonal y que la cúpula presentaría ese perfil ligeramente puntiagudo característico de la arquitectura italiana de los siglos precedentes.
El proyecto planteaba serias dificultades al arquitecto y a los constructores. Es posible construir una bóveda circular sin estructura de apoyo siempre que se la provea de una sólida moldura circular en su parte superior que haga las veces de clave, impidiendo que la incompleta estructura se desplome hacia el interior. Mas para construir una bóveda octogonal es preciso instalar una estructura provisional de madera, conocida como ?cimbra?. La cimbra jamás se había usado en una bóveda de semejante tamaño.
En 1417 se acercaba el temido momento de comenzar la construcción de la bóveda. Los ocho grandes arcos que soportarían el empuje del tambor y la bóveda ya estaban terminados, y el propio tambor, que medía 45 m de esquina a esquina ya había comenzado a construirse. Pero las autoridades aún no habían resuelto el problema de cómo construir la deseada bóveda octogonal.
Se realizaron numerosas consultas y en 1418 se convocó un gran concurso público. Algunos proyectos señalaban la necesidad de construir una cimbra, pero también se consideraron otras opciones. Antes de convocarse el concurso público, tanto Brunelleschi (un orfebre que se había decantado por la arquitectura tras perder por escaso margen un concurso anterior para diseñar las puertas de bronce del baptisterio de la catedral) y su amigo, el artista Lorenzo Ghiberti, fueron invitados a aportar ideas.
Realizaron sus proyectos por separado y a continuación idearon un proyecto común que se convirtió en la base de su encargo.
La idea básica era construir la bóveda octogonal como si se tratase de una bóveda circular, evitando así la necesidad de construir una cimbra. Sabían que el muro del tambor sobre el cual reposaría la bóveda medía 4 m de ancho y calcularon que si construían una bóveda interior de una anchura equivalente a algo más de la mitad de ésta en la base, que se elevara a ras del tambor en el interior, conseguirían una moldura circular ininterrumpida en todos los niveles.
A continuación podrían construir una segunda bóveda, más fina, sobre la primera, con un espacio entre ambas para escaleras y pasillos. La bóveda exterior estaría parcialmente soportada por la interior durante el proceso de construcción, pero una vez terminada descansaría principalmente sobre sí misma.
La construcción de la bóveda ocupó 16 años. Ya sólo faltaba añadir la ?linterna? en su parte superior para proporcionar luz y ventilación al edificio. Brunelleschi falleció en 1446, poco después de que comenzara la construcción de la bóveda. La linterna ?junto con la bola de bronce y la cruz que la coronan? estuvo terminada en 1467, y su construcción exigió más tiempo que la de la propia cúpula.
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