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LEONARDO DA VINCI E L'IDRAULICA

L'idraulica nel Rinascimento

Nel Rinascimento, l'idraulica non era una disciplina formalizzata come lo è oggi, ma gli sviluppi nell'ingegneria idraulica furono comunque significativi. Durante questo periodo storico, ci furono importanti progressi nella comprensione e nell'applicazione dei principi idraulici, che ebbero un impatto su vari aspetti della vita quotidiana, dell'agricoltura, dell'architettura e dell'ingegneria civile.

Uno dei principali sviluppi nell'idraulica rinascimentale riguardava i sistemi di approvvigionamento idrico e di drenaggio delle città. Molti centri urbani del Rinascimento, come Firenze, Venezia e Roma, si basavano su complessi sistemi idraulici per garantire l'approvvigionamento d'acqua potabile e per gestire le acque reflue. Gli ingegneri rinascimentali svilupparono tecniche innovative per la costruzione di acquedotti, pozzi, fontane e sistemi di canalizzazione, che consentirono alle città di crescere e prosperare.

Un esempio iconico di ingegneria idraulica rinascimentale è il sistema idrico di Firenze, progettato da ingegneri come Filippo Brunelleschi e Leonardo da Vinci. Questo sistema comprendeva l'acquedotto di San Piero a Sieve, che forniva acqua potabile alla città attraverso un'ingegnosa rete di canali e condotti sotterranei.

Oltre all'approvvigionamento idrico, l'idraulica rinascimentale influenzò anche altri settori dell'ingegneria. Ad esempio, gli ingegneri idraulici svilupparono tecniche per il controllo delle inondazioni e la bonifica delle terre, che consentirono di rendere coltivabili terreni precedentemente inutilizzabili. Questi progressi contribuirono alla crescita dell'agricoltura e alla produzione alimentare.

Inoltre, l'idraulica giocò un ruolo importante nell'ingegneria civile e nella costruzione di opere pubbliche. Ad esempio, i canali navigabili, come quelli progettati da Leonardo da Vinci per la pianura padana, facilitarono il trasporto delle merci e il commercio tra le città.

In sintesi, l'idraulica nel Rinascimento rappresentava un campo di ricerca e applicazione tecnologica vitale, che contribuiva allo sviluppo e alla crescita delle città, dell'agricoltura e dell'ingegneria civile. Gli ingegneri e gli architetti rinascimentali mostrarono una straordinaria creatività e ingegnosità nel progettare e realizzare sistemi idraulici innovativi che hanno lasciato un'impronta duratura sulla storia e sullo sviluppo delle civiltà europee.

 

“Secondo Leonardo, la circolazione dell’acqua avviene lungo le vene (fiumi) mediante le quali l’acqua dal fondo dell’oceano risale alle cime delle montagne, da cui scaturisce per tornare, attraverso torrenti e fiumi, di nuovo al mare. Successivamente (intorno al 1483) le sue vedute sull’origine e sulla circolazione dell’acqua cambiarono, convincendosi che l’acqua delli fiumi non dal mare ma dalli nuvoli ha origine [Codice Atlantico f. 433r] e che la pioggia ruscellando e trasportando materiale solido si raccoglie in rivoli, torrenti e fiumi che allargano le loro valli e consumano le radici de’ monti laterali [Codice Arundel, f. 161r].

Con riguardo all’idrogeologia e alla dinamica idrica sotterranea, in molti Fogli del Codice Leicester sono trattati temi interessanti e complessi di dinamica idrica sotterranea e di formazione di sorgenti.

L’idrogeologia, o almeno alcuni peculiari aspetti di questa disciplina, non manca in alcuni celebri dipinti: per esempio nel Battesimo di Cristo (dipinto da Verrocchio e da Leonardo), è rappresentato un acquifero fessurato da cui sgorga una sorgente, il cui meccanismo di formazione è correttamente individuato.”

 

Leonardo e le acque  
Il suo cercare risposte continue sulla natura lo porta allo studio delle acque. Forse impressionato dal diluvio che sembra avesse colpito la Toscana mentre era piccolo e vi avesse assistito. 

Ma anche perché da esse traeva l‟energia per alcune delle sue macchine e studiava il moto delle navi in acqua spinte dalla stessa corrente. 

 

Era affascinato dal loro colare, sgocciolare, scorrere, ghiacciare, lo sciogliersi dei ghiacci, la pioggia, la grandine, il radunarsi dell‟acqua in ruscelli e poi in fiumi che raggiungevano il mare. Le cascate “potrà gettarsi da ogni altezza senza danno”. Che nel farlo scavavano alvei, trasformavano terreni, sgretolavano montagne riducendole a valli e poi a pianure.  Atti che modificano la Terra nel tempo. 

 

L‟Acqua lo affascinò per l‟intera esistenza. È rimasta lirica la sua descrizione della goccia di rugiada che scivola lungo una foglia e cade. Per Lui l‟”Esperienza è madre di ogni certezza”. I suoi studi di anatomia che lo avevano portato a stabilire che vene e arterie grandi si diramavano in vene ed arterie sempre più piccole e che ad ogni loro suddivisione le sezioni dei vasi erano proporzionali e costanti e che questo valeva anche per i rami degli alberi e per il comportamento dei fiumi. 

 

Il trasformarsi nei millenni della Terra e questo modificarsi della natura contrastava con l‟immutabilità biblica. 

 

Il mettere in dubbio, con osservazioni e dati tecnici alla mano, che nel famoso diluvio universale c‟era qualcosa che non tornava, che quelle conchiglie marine che si trovano sulle montagne provenivano da qualche altra cosa, lo avevano messo in cattiva luce da parte delle Autorità ecclesiastiche.

 

 Anche se non spingeva più di tanto in queste sue sottolineature darwiniane e geologiche, sia per non incappare nella Santa Inquisizione sia, forse, perché Papi, vescovi e cardinali erano i maggiori mecenati del Rinascimento. Ma sembra che lui non fosse come Michelangelo, Raffaello ed i grandi artisti dell‟epoca, con i quali aveva spesso controversie artistiche, che puntavano soprattutto agli appalti di committenze religiose. 

 

A proposito di acqua, Leonardo aveva persino progettato dei galleggianti in legno che, indossati dall‟uomo, potevano consentirgli di passeggiare sull‟acqua, avanzando con due racchette, simile ad uno sciatore. (Codice Atlantico foglio 26 r.). Dei guanti palmati, in pelle e stecche di legno, simili agli arti dei palmipedi, per avanzare in acqua, muniti del suo salvagente. 

 

Il salvagente da lui progettato è del tutto simile alla ciambella di salvataggio in uso attualmente. Come materiale galleggiante usava otri pieni d‟aria. (Codice Atlantico, manoscritto B, foglio 81 v.). Segue un elenco di altre invenzioni e miglioramenti nel settore dell‟idraulica, sotto forma di semplici disegni, ma taluni dei veri e propri progetti anche applicati, disseminati in vari Codici di Leonardo da Vinci:   


Ponte girevole su barche: un sistema utilizzato per fiumi con acque tranquille;  

Pompa per sentine o "tromba da galea" destinata a vuotare l'acqua dall'imbarcazione; 

Galleggiante a scafo apribile per il trasporto di materiale da far depositare nel fondo; 

Paratoie a ghigliottina con un sistema di chiuse per deviare il corso dei fiumi;  

Battipalo concepito per la palificazione delle conche idrauliche;   

Struttura a gabbione per il consolidamento delle sponde e dei fondali dei canali;  

Draga lagunare studiata per pulire i fondali di canali e conche lacustri;  

Ponte girevole progettato per essere facilmente istallato e rimosso;  

Scafandro per palombaro progettato per il lavoro in immersione; 

Copricapo per palombaro

Apparecchiatura per prosciugare il porto con la funzione di svuotare una porzione d'acqua del porto per poter eseguire lavori sul fondale. Compreso un natante che avanza sull‟acqua, spinto da pale, come i traghetti che si sono visti spesso al cinema nei fiumi statunitensi nel sette/ottocento. (Sembra che in quel periodo il Brunelleschi avesse depositato un brevetto in Firenze, di un natante che può navigare contro corrente, ed a questo si fosse ispirato Leonardo. Magari per perfezionarlo)  

 

Fonte: Marco Biffani
 

Ponte girevole su barche: un sistema utilizzato per fiumi con acque tranquille; 

 

l modello rappresenta un ponte girevole su un corso d'acqua costituito da una serie di assi inchiodate su sei barche. Due parapetti proteggono il passaggio. Il ponte è collegato alla banchina da un perno e da una corda mossa da un argano. La banchina è costituita da una rientranza palificata (così come gli argini del fiume).
Funzione
Questo modello interpreta uno studio di ponte girevole

Modalità d'uso
Il ponte poteva essere costruito con barche o botti e, mediante l'uso di un apposito argano mosso da terra, poteva essere alloggiato in un'apposita nicchia ricavata nell'argine di un fiume. L'apertura avviene sfruttando la naturale corrente del fiume. Questo sistema era pensato per fiumi con acque tranquille.

Notizie storico-critiche
Leonardo descrive e progetta numerosi ponti girevoli, ad incastro e a cavalletti, spesso con funzione militare. Questi ponti dovevano essere edificabili con materiale facilmente reperibile e trasportabile. Nella sua lettera a Ludovico il Moro, li descrive come "ponti leggerissimi e forti atti a portare facilissimamente, e con quelli seguire e alcune volte fuggire li nemici, e altri securi e inoffensibili da foco di battaglie, facili e comodi da levare e ponere". 

Pompa per sentine o "tromba da galea" destinata a vuotare l'acqua dall'imbarcazione;  

 

La "tromba da galea" o "pompa per sentine" era un tipo di pompa utilizzata sulle navi antiche, comprese le galee. Era un dispositivo meccanico progettato per rimuovere l'acqua che si accumulava nella sentina della nave, cioè la parte più bassa dello scafo, spesso soggetta a inondazioni durante le traversate o durante le operazioni di battaglia.

Ecco una descrizione di base di come funzionava una tromba da galea:

Struttura: La tromba da galea era costituita da un cilindro o un tubo verticale, spesso realizzato in legno o metallo, che si estendeva nella sentina della nave. Alla base del cilindro c'era un fondo chiuso con una valvola, mentre nella parte superiore c'era un'apertura o un imbuto.

 

La caratteristica principale della tromba da galea era il suo movimento alternativo. L'equipaggio o i marinai avrebbero agito manualmente su un pistone o una manovella per sollevare e abbassare il cilindro dentro e fuori dalla sentina.

Quando il cilindro veniva sollevato, l'acqua all'interno della sentina entrava nel cilindro attraverso l'apertura superiore o l'imbuto. Quando il cilindro veniva abbassato, la valvola alla base si chiudeva, intrappolando l'acqua all'interno del cilindro. Successivamente, sollevando nuovamente il cilindro, l'acqua veniva espulsa attraverso un'apertura laterale o una tubazione verso l'esterno della nave.

Questo ciclo di sollevamento e abbassamento veniva ripetuto continuamente fino a quando l'acqua nella sentina veniva completamente rimossa o ridotta a un livello accettabile.

La tromba da galea era un dispositivo semplice ma efficace per mantenere asciutti gli scafi delle navi e per evitare l'affondamento dovuto all'accumulo di acqua. Tuttavia, richiedeva un lavoro manuale costante da parte dell'equipaggio e non era in grado di rimuovere grandi quantità d'acqua con grande efficienza. Con il passare del tempo, la tecnologia delle pompe per sentine è evoluta, dando vita a dispositivi più avanzati e automatizzati utilizzati nelle moderne imbarcazioni.

Galleggiante a scafo apribile per il trasporto di materiale da far depositare nel fondo del fiume.

Molto probabilmente era ideato con intreccio di giunto ancorato con nodo a pressione.   

Leonardo da Vinci e l'idraulica

Paratoie a ghigliottina con un sistema di chiuse per deviare il corso dei fiumi;  

Le cosiddette porte vinciane, sono uno sbarramento mobile ad altezza fissa che sfrutta la variazione di livello del corso d'acqua (solitamente dovuto alla marea). Sono dette "vinciane" perché si presume che siano state inventate da Leonardo Da Vinci.

 

Funzionano come una sorta di valvola a clapet, sono realizzate come due comuni porte a battente, incernierate su due muri di spalla, con la peculiarità di chiudersi l'una contro l'altra ottenendo un angolo interno inferiore ai 180° (solitamente pari a 120°), come a realizzare una sorta di punta di una freccia (viste in pianta).

Battipalo concepito per la palificazione delle conche idrauliche;   

 

E' una macchina particolarmente usata per lavori di palificazione occorrenti alla costruzione di fondamenta di edifici, e per la pavimentazione di conche idrauliche.
E' composta di un telaio verticale con argano per il sollevamento del peso battente.
La manovra, semplice e relativamente faticosa, può essere ripetuta celermente fino a conficcare il palo alla profondità voluta.

E' una macchina molto utile per la palificazione di conche idrauliche e già in largo uso ai tempi di Leonardo. E' composta da un telaio verticale con argano per il sollevamento del peso.


Questo e' munito sulla testata di un congegno di presa costituito da due balestre piegate che ne assicurano lo sganciamento alla massima altezza, imprimendo cosi' al palo tutta la forza disponibile.


L'operazione poteva essere cosi' ripetuta più volte sino a conficcare il palo alla profondità voluta.

 

Leonardo da Vinci e i progetti di Idraulica

Battipalo con Gancio Automatico
Codice Atlantico, 785 b – Codice Atlantico, 1018 v (particolare)

Struttura a gabbione per il consolidamento delle sponde e dei fondali dei canali. La parola stessa, tradotta dall'italiano, significa "grande gabbia" ed è tutt'altro che nuova. È noto che il grande architetto, artista e inventore italiano Leonardo da Vinci progettò una struttura per rafforzare le fondamenta di una chiesa a Milano. Questo design era il prototipo dei moderni gabbioni. In seguito, l'idea di riempire cestini di rete di vimini con pietre, terra e rami d'albero fu adottata dai militari per la costruzione di fortificazioni. Tali cesti furono usati durante le guerre napoleoniche e nella battaglia di Crimea: queste barriere salvavano i soldati da proiettili e granate.

Progetti di idraulica di Leonardo da Vinci
macchine per dragare di Leonardo da Vinci

Draga lagunare o draga cava fango studiata per pulire i fondali di canali e conche lacustri;     

Questa riproduzione mostra il funzionamento di una draga adatta a ripulire i fondali di canali o corsi d'acqua in modo da mantenere un fondale sufficiente.
Si compone di due imbarcazioni affiancate che sostengono la draga vera e propria, e di una terza imbarcazione sulla quale viene scaricato il materiale asportato dal fondo.

L'elemento dragante è costituito da quattro bracci, montati su un rullo azionato a manovella. All'estremità di ogni braccio c'è una cassa che, giunta sul fondo, si riempie di materiale.
Questo, quando la cassa risale, esce di lato, grazie alla particolare conformazione della cassa stessa, e cade nell'imbarcazione di raccolta.
Il tamburo si può spostare verticalmente per regolare la profondità dello scavo.
La draga avanza grazie all'avvolgimento, sul tamburo, di un cavo di ormeggio.

: Draga cavafango di Leonardo da Vinci. 

Esposta presso il Museo nazionale della scienza e della tecnologia 

"L. Da Vinci" di Milano.

Ponte girevole progettato per essere facilmente istallato e rimosso;  

Il "Ponte Girevole di Leonardo" è un'idea innovativa attribuita a Leonardo da Vinci. Si tratta di un progetto ipotetico di ponte girevole proposto dal genio rinascimentale nel suo "Codice Atlantico", una collezione di schizzi, disegni e appunti su una vasta gamma di argomenti.

Il ponte girevole di Leonardo si basava su un meccanismo di rotazione che consentiva al ponte di ruotare su un asse centrale, consentendo alle imbarcazioni di passare senza interruzioni. Questa soluzione era particolarmente utile in luoghi dove era necessario mantenere una rotta navigabile aperta per il traffico fluviale.

Sebbene Leonardo abbia ideato il concetto del ponte girevole nel suo lavoro, non è certo che abbia mai realizzato un prototipo funzionante. Tuttavia, il suo contributo concettuale ha dimostrato la sua genialità e il suo pensiero visionario nel campo dell'ingegneria e dell'architettura.

Negli anni successivi, molte versioni pratiche dei ponti girevoli sono state progettate e costruite in tutto il mondo, utilizzando principi simili a quelli proposti da Leonardo. Questi ponti sono diventati importanti elementi dell'infrastruttura urbana in molte città, consentendo il passaggio di imbarcazioni senza interrompere il traffico terrestre.

ponte mobile di Leonardo da Vinci

 Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci, Milano.

Apparecchiatura per prosciugare il porto con la funzione di svuotare una porzione d'acqua del porto per poter eseguire lavori sul fondale.

Ponte autoportante

 

Tra tutti i ponti disegnati da Leonardo, quello autoportante è certamente il più geniale per semplicità costruttiva e strutturale.

Non sappiamo se abbia trovato applicazioni pratiche, ma possiamo certamente credere che questa soluzione modulare, estremamente facile da trasportare e mettere in opera, riscontrasse pienamente i favori dei sovrani dell'epoca, sempre alla ricerca di nuove tecnologie da impiegare in ambito militare.
Una volta montato, il peso del ponte è sufficiente a esercitare la pressione necessaria affinché le travi montanti blocchino - chiudendosi a forbice - le traverse, impedendo il cedimento della struttura. La stabilità di questo ponte cresce con l'aumento del carico sulla parte superiore. 

studio del ponte mobile di Leonardo da Vinci
argani e idraulica progetti di Leonardo da Vinci

doppia gru

 

Leonardo progetta questa macchina per velocizzare le operazioni di rimozione della terra durante gli scavi per la realizzazione di canali.

Si tratta di un'enorme gru a doppio braccio azionata da una sola corda che funziona sul principio del saliscendi: le squadre di scavatori lavorano su tre livelli sincronizzando le loro operazioni.
Mentre una squadra di scavatori riempiva il cassone in basso, un'altra squadra scaricava il cassone legato all'altro capo della corda fuori dal canale.

ruota idraulica perpetua

 

In una pagina interamente dedicata allo studio del volo degli uccelli, Leonardo ricava un riquadro nel quale disegna una ruota a sbilanciamento, priva di commenti e descrizioni se non per l’osservazione “sofistico, cioè cosa che pa” (Marinoni completa con [re] e quindi “pare”). Si tratta di una ruota a settori radiali che costituiscono percorsi nei quali sono libere di scorrere delle sfere. Il cerchione esterno è apribile in ogni settore con una ribalta a forma di cucchiaio che permette alla sfera, dopo l’impatto, un’extra corsa che aumenta il braccio di leva, favorendo così la rotazione. La ruota gira con l’estremità inferiore immersa in acqua, in modo da sfruttare la maggiore densità del liquido e la spinta idrostatica per far richiudere le ribalte della ruota e riposizionare le sfere nei percorsi interni. Non c’è alcun riferimento a come i portelli possano rimanere chiusi una volta fuoriusciti dall’acqua, quando la gravità tenderebbe ancora ad aprirli e a far cadere la sfera all’esterno, né alla possibilità della ruota di sollevare l’acqua. Probabilmente si tratta di una riflessione su un modello di qualche altro ingegnere, che Leonardo disegna per tenerne memoria. Inoltre la divisione del raggio in sedici parti denota il tentativo di individuare un rapporto di proporzionalità tra il numero dei percorsi, che sono sedici, e la lunghezza dei raggi. Da notare, infine, come questo sistema con cucchiai a ribaltamento per gravità fosse già stato proposto nei manoscritti degli ingegneri senesi, in particolare di Francesco di Giorgio, nei quali troviamo il cucchiaio mobile usato come pala di una ruota idraulica.

studi di idraulica di Leonardo da Vinci

sega idraulica ad avanzamento automatico

 

Nel folio 1078a r del Codice Atlantico( è la più ampia raccolta di disegni e scritti di Leonardo da Vinci) Leonardo raffigura, con un rapido schizzo, una sega idraulica, definendone parzialmente il telaio e i relativi meccanismi.
L’acqua, scorrendo in una canaletta posizionata alla base della macchina, mette in movimento la ruota a pale, la quale aziona una biella che, trasformando il moto rotatorio in moto alternato, permette alla lama dentata verticale di tagliare il tronco.
Contemporaneamente un meccanismo ad arpione aggancia, con movimenti sincroni a quelli della lama, una ruota a denti dal profilo ortogonale, la quale avvolge una corda collegata al carrello su cui è posto il tronco.
La trazione della corda permette un graduale avanzamento del carrello lungo dei binari e garantisce la costante aderenza del tronco alla lama.
Questa sega, messa in funzione dall’energia idraulica, funziona in modo del tutto automatico.

Leonardo da Vinci e gli studi di idraulica

Codice Atlantico (Codex Atlanticus), f. 909 verso, su Veneranda Biblioteca Ambrosiana.
Karen Brookfield; David Cooper Orton, Leonardo da Vinci - Diving Apparatus, su bl.uk. 
Sei invenzioni di Leonardo Da Vinci (più due che probabilmente non ha fatto), su Wired
Museo nazionale della scienza e della tecnica "Leonardo da Vinci.", Leonardo da Vinci : the models collection., Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci, 2009, ISBN 9788889432280, OCLC 549139698. 


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