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14 – Leonardo: l’ultimo dei non-moderni

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Leonardo visse e operò dalla seconda metà del xv al primo quarto del xvi secolo (1452-1519). Parlare di Leonardo fa subito balzare alla mente le sue opere più famose, come la “Monna Lisa”, “L’ultima cena” o alcuni progetti come la vite aerea. La maggior parte delle sue ideazioni, eccetto le opere d’arte, non furono realizzate; se realizzate, rimasero allo stadio prototipale; Leonardo mostrò sempre una scarsa propensione alla realizzazione pratica, forse anche per via della mole teorica da lui concepita. Tuttavia si devono a lui importanti realizzazioni nel campo delle fortificazioni nella sua esperienza francese come ingegnere; così come in Italia, e segnatamente a Milano, il suo apporto fu fondamentale nel progetto della rete dei Navigli a Milano. La parte rilevante della sua attività di progettista riguardò il sistema delle chiuse, che permette il superamento dei dislivelli tra i diversi bracci della rete dei canali. Le singole porzioni della rete, infatti, hanno una pendenza minima, onde consentire la loro navigazione nei due sensi. Si trovano così spesso, per via della conformazione orografica del territorio, a produrre dei “salti”, che devono essere colmati in qualche modo.
Anche gli acquedotti romani avevano la caratteristica di avere un percorso “quasi” orizzontale; tuttavia, in questo caso la pendenza minima era concepita per consentire l’assorbimento delle variazioni del territorio pur consentendo lo scorrimento dell’acqua verso valle, evitando stagnazioni ed eccessive accelerazioni.

Un esempio moderno di risoluzione alternativa del problema relativo a dislivelli tra due canali è quello della ruota di Falkirk. Questa enorme ruota metallica è utilizzata in Scozia, e collega due canali artificiali: il Forth and Clyde e il Canal Union, separati tra loro da un divario di oltre 20 metri; la ruota dentata porta alle estremità due vasche da 360 tonnellate di capacità, capaci di ospitare imbarcazioni fluviali; tramite la rotazione della ruota, possibile grazie al principio di Archimede (che stabilisce l’eguaglianza dei pesi delle vasche, sia piene di sola acqua sia con l’imbarcazione caricata) e a un piccolo motore (25 kw circa) necessario per porre in rotazione la ruota, si può superare la differenza di quota, che il precedente sistema di chiuse rendeva un’impresa dispendiosa sia in termini di manutenzione, sia di tempo.

Sin dal 1488 Leonardo prese l’abitudine di lasciare traccia scritta della propria attività, oggi visibile nel corpus dei suoi “codici”, ovvero dei suoi manoscritti. Volente o nolente, Leonardo non si servì mai della stampa a caratteri mobili, introdotta a pochissimi anni dalla sua nascita. Stampa a caratteri mobili che fu invece utilizzata dagli autori di teatri di macchine. Questi erano opere stampate in tiratura limitata, destinate ad una cerchia ristretta di persone facoltose (venivano spesso donate), composte da testi e illustrazioni delle macchine più spettacolari o evolute di quel momento. L’attenzione dei teatri di macchine era particolarmente rivolta alla tecnologia bellica, così come ad espedienti meccanici “scenografici”.
I codici di Leonardo in quanto tali erano manoscritti non finalizzati alla divulgazione di alcun tipo, sebbene qualche critico propenda a considerare che l’intenzione di Leonardo nella sua consuetudine alla memoria scritta fosse dettata dalla sua volontà di successiva pubblicazione.
Tra i codici di maggiore importanza attribuiti a Leonardo (con gli argomenti maggiormente trattati) si hanno:
Codice Atlantico (anatomia, astronomia, botanica, chimica, geografia, matematica, meccanica, disegni di macchine, studi sul volo degli uccelli e progetti d’architettura, è il più corposo, ed è conservato in Biblioteca Ambrosiana a Milano);
Codice Trivulziano (principalmente architettura, è conservato presso il Castello Sforzesco a Milano);
Codice sul volo degli uccelli (conservato a Torino in Biblioteca Reale);
Codice Ashburnham;
Codici dell’Istituto di Francia;
Codici Forster;
Codice Leicester (acquistato da Bill Gates, riguarda soprattutto studi di idraulica);
Codici di Madrid.

Un legame tra i codici di Leonardo e i teatri di macchine è la volontà di descrivere, sia testualmente sia iconograficamente, un’opera tecnologica. I teatri di macchine, la cui fioritura si colloca nel xvii secolo, erano finalizzati soprattutto alla spettacolarizzazione della tecnologia; dovevano impressionare, e avevano quindi una forte valenza estetica; la loro fortuna terminò già prima della metà del xviii secolo, e furono idealmente superati alla fine dello stesso secolo da un nuovo modo di mostrare gli oggetti: l’esposizione.
Le raffigurazioni iconografiche di Leonardo non possono essere considerati a pieno titolo, pur a fronte della sua stupefacente abilità, dei disegni tecnici, in quanto non presentano elementi come la scala e le quotature, imprescindibili in una rappresentazione che preluda a una produzione.
Vi è in Leonardo un’estrema attitudine analitica: egli separa i singoli componenti delle macchine, così come fa nello studio dei cadaveri, al fine di analizzare i componenti, i loro funzionamenti reciproci, la coesistenza dei sistemi e le loro correlazioni. La progettualità del genio vinciano è evidente, ma come nel caso dell’idea della vite aerea, a fronte di una grande precisione nella rappresentazione e di una volontà di definire materiali necessari, loro trattamento e forza da applicarsi, è alle volte fallimentare a priori; Leonardo non se ne poteva nemmeno rendere conto per la sua scarsa propensione alla sperimentazione pratica.

Ascensori per barche / 1

Anderton-Boat-Lift-dipinto

Nel sistema delle canalizzazioni inglesi, prima della ruota di Falkirk, in senso cronologico e tecnologico, c’è un’altra struttura, utile alla movimentazione verticale di barche e chiatte. Si chiama ”Anderton Boat Lift”, ed è una sorta di ascensore nautico grazie al quale si colma un disllivello di circa 15 metri.
La struttura fu realizzata nel 1875; era alta circa 18 metri, con un canale superiore di accosto di circa 50 metri di lunghezza, e una larghezza del sistema di circa 15 metri.
Se la Falkirk Wheel muove cassoni il cui peso a pieno si aggira attorno alle 300 tonnellate, quelli dell’Anderton Lift non sono da meno, dislocando 252 tonnellate a pieno carico. Le misure sono altrettanto imponenti: 22 metri di lunghezza, circa 4 e mezzo di larghezza, e circa 3 di profondità.
Il progettista del sistema, Edward Leader Williams, concepì un sistema nel quale due sistemi clilindro/pistone si controbilanciavano e potevano essere spostati agevolmente, richiedendo così una potenza applicata molto piccola.

Il completamento della navigazione del fiume Weaver nel 1734 fornì un itinerario navigabile per il trasporto del sale da Winsford, passando per Northwich, sino a Frodsham, dove il Weaver si unisce al fiume Mersey. L’apertura del canale Trent and Mersey nel 1777 fornì un secondo itinerario di trasporto, vicino al Mersey per parte della lunghezza, ma più esteso verso sud verso le attività di estrazione del carbone e le industrie delle ceramiche intorno a Stoke-on-Trent. Piuttosto che farsi concorrenza tra loro, i proprietari dei due canali navigabili decisero che sarebbe stato più vantaggioso cooperare. Nel 1793 fu scavato un bacino nel ramo settentrionale del Weaver, a Anderton, che portava il fiume al piede del canale, 15 metri sotto il livello quest’ultimo.
Furono realizzate strutture per il trasbordo delle merci fra i due canali navigabili, comprese due gru, due scivoli per il sale e un piano inclinato. Nella seconda metà del XIX secolo il bacino di Anderton era uno scambio importante per il trasbordo delle merci in entrambi i sensi, con vasti magazzini, tre piani inclinati e quattro scivoli per il sale. Tuttavia, il trasbordo richiedeva tempo, e gli amministratori della navigazione del Weaver decisero che era necessario un collegamento fra le due vie navigabili onde permettere che le barche passassero direttamente da uno all’altro.
Fu considerato un sistema di chiuse, ma fu presto scartato, principalmente a causa della mancanza di spazio e della perdita di acqua dal canale che sarebbe derivata dall’operatività delle chiuse. Nel 1870 gli amministratori proposero formalmente un ascensore per connettere le due vie. Il bacino di Anderton era il luogo ideale per un tale sistema.
Per i suoi primi cinque anni di relativa vita l’Anderton Lift funzionò egregiamente, con le chiusure più lunghe che sono durante i periodi di tempo freddo quando il canale congelato sopra. Tuttavia, nel 1882 uno dei cilindri idraulici di ghisa collassò, quando il cassone che sosteneva era al livello del canale con una barca dentro. Il cassone discese velocemente, ma l’acqua fuoriuscita dal cilindro collassato fortunatamente rallentò la discesa ed il bacino pieno d’acqua a livello del fiume ammorbidì l’impatto. Nessuno rimase contuso, e la sovrastruttura dell’ascensore risultò integra. Dopo la rottura anche del secondo cilindro, Anderton Boat Lift fu chiuso per sei mesi, mentre entrambi i cilindri furono sostituiti.
I volumi di traffico dell’ascensore crebbero costantemente negli anni 80 e ’90, ma i cilindri idraulici continuarono a dare i problemi. Il principale motivo di incertezza era la corrosione dei pistoni. Al fine di evitare la presenza di elettroliti, che spontaneamente si formavano nell’acqua, dal 1897 il fluido operante adoperato fu l’acqua distillata. Ciò rallentò la corrosione, ma non la arrestò completamente. Negli anni successivi la manutenzione e le riparazioni sono state sempre più frequenti, spesso con la chiusura completa del Lift per parecchie settimane o periodi di funzionamento ridotto con un singolo cassone.

(continua)

La ruota di Falkirk

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La Falkirk Wheel è un’installazione posta presso l’omonima località scozzese, situata tra Glasgow ed Edinburgo.
Essa svolge funzione di raccordo tra i due principali canali artificiali di quella regione: il Forth and Clyde (costruito nel 1777 tra i porti di Grangemouth e Falkirk, al fine di connettere Glasgow con la costa occidentale scozzese) e il Canal Union (terminato nel 1822, copre la distanza tra Falkirk ed Edinburgo).
A causa dell’a conformazione del territorio, i due canali arrivano a Falkirk in prossimità l’uno dell’altro con un dislivello di 24 metri, anticamente colmato con 11 chiuse.
Le chiuse erano però costose da mantenere, oltre che lunghe da passare per un qualsiasi naviglio, e furono dismesse nel 1930. Nel 1963 iniziò la progettazione di questo enorme “carosello”, terminato poi nel 2002.
I due bracci della ruota portano alle estremità due “vasche”, nelle quali sono collocate le imbarcazioni, che rimangono così immerse in acqua. Le vasche hanno una capacità di 360.000 litri ciascuna.
I cassoni devono girare alla stessa velocità della ruota, ma in senso opposto, per mantenerli a livello e per essere sicuri che il carico formato dalle barche e dall’acqua non si capovolga quando la ruota gira. Ogni estremità dei cassoni è sostenuta da piccole ruote che girano sulla faccia interna dei fori del diametro di 8 metri all’estremità dei bracci, permettendo che i cassoni girino. La rotazione è controllata per mezzo di un treno di ingranaggi formato da tre ingranaggi grandi inframmezzati da due più piccoli ingranaggi folli, tutti con i denti esterni. Il grande ingranaggio centrale funge da “ruota sole” fissa. I due ingranaggi folli più piccoli fungono da “ruote pianeta”. Quando i motori girano la ruota, i bracci oscillano e le ruote pianeta agganciano l’ingranaggio sole, che guida le prime ad una maggiore velocità, ma nello stesso senso. Le ruote pianeta agganciano i grandi ingranaggi all’estremità dei cassoni, muovendoli alla stessa velocità della ruota centrale, ma nel senso opposto. Ciò annulla la rotazione dovuta al movimento dei bracci e mantiene i cassoni stabili e perfettamente livellati.
Pur a fronte della differenza di peso tra il carico trasportato dai due bracci della ruota, per effetto della legge di Archimede i due bracci sono sempre quasi perfettamente bilanciati, cosicché occorre una quantità di energia modestissima per movimentare la ruota. Basti pensare che il motore elettrico installato ha una potenza di soli 22,5 kW, pari a quelli di una vecchia Panda 30.
Decisamente poco se si pensa che un braccio, compresa l’acqua e l’imbarcazione, ha un peso di oltre 300 tonnellate.
Una rotazione completa (compresa l’attivazione delle chiuse e le regolazioni dei livelli dell’acqua) si svolge in circa un quarto d’ora, mentre una rotazione di 180 gradi richiede soli 5 minuti e mezzo.
La Falkirk Wheel è costata 17 milioni e mezzo di sterline, mentre la spesa per il progetto complessivo di ristrutturazione del sistema dei due canali è ammontata a 84 milioni e mezzo.
L’installazione è oggigiorno uno dei simboli della Scozia, tanto da apparire anche sul retro delle baconote da 50 sterline emesse dalla Bank of Scotland nel 2007.