Stabilitá di strutture ad arco e regole costruttive nel XVIº e XVIIIº secolo
Full text
S abili á di s u u e ad a co e egole cos u i e
nel XVP e XVIIIQ secolo
Le o mulazioni delle p ime eo ie scien i iche sulle
ol e, sugli a chi e sulle cupole isalgono solo al
XVIII' secolo. Gii da seeoli pe o la ecnica cos u li-
a a e a o e lo capola o i a chi e onici. in cui lal i
s u u e pa icola i a e ano dimos a o di esse e s a-
e p oge ale secondo c i e i di g ande s abilili . E'
allo a di es emo in e esse ice ea e quali pOlesse o
esse e s a i codes i cii e i. dal momen o che non e a
anco a disponibile una p ecisa gius i icazione di ipo
s a ico o meecanico pe la ]o o consis enza.
Si a a di indi idua e quelle egole che appa e-
ne ano ai maes i dI ean ie e, a11'espe ienza del Ó ¡-
h ica e. ehe u ono ]0 s umen o p a ico e I'esp es-
sione della cul u a della adizione eos u i a. Si e a
allo a in un 'epoca --ci i e iamo ai seco]i del Medio-
e o, dell'Umanesimo e del Rinascimen o- in cui in-
gegne i ed a chile i non s e]a ano ]e p op ie maes-
ie, e il me al'iglia e ehe essi pe segui ano con le
lo o ope e e a cope o da seg e o: se si uole conos-
ee e ]a «no ma» che assisle a la ecniea e I'in uizio-
ne che la guida a. si incombe nell'impedimen o a e-
ca o dal empo ehe ha eonsen i o la pe di a di ale
cul u a. lasciando di essa solo acce.
Alcune egole possono esse e in aeeia e in ami-
chi a a i. non semp e i e ibili ad un medesimo au-
o e: la lo o de i azione e spesso igno a, poiché ali
ego]e appa ene ano aquel pal imonio di nozioni
seg ele de] mes ie e. che e a gelosa nen e amanda o
da una gene azione all'al a di cos u o i.
In ques o la o o, pa endo dalI'ana]isi del pa imo-
nio di ego]e cos u i e di adizione
go ieo- inasei-
Anna Sinopoli
men ale a ibui e al]o spagnolo Gil de Hon añón,
sa i analizza a la no a ego]a pe il dimensiona nen o
dei pied i o, spesso a l ibui a a pad e De and.
Codes a egola non e melodologieamen e di e sa
da mol e al e - e edi i della cul u a p eseien i ica -
spesso espos e come p oblemi geomel iei, in cui, is-
sa e aleune dimensioni ipiche de 11'a co o della s u -
u a ol a a. le al e dimensioni sono de inile in base
a appo i di p opo zionalili , di na u a p e alen e-
men e geome ica, eme gen i dalle ca a e is iche de-
lle s u u e medesime.
Scopo dell'analisi e quello di ianalizza e ]a co-
e lezza di ale an ica egola e di quan i ica e la s a-
biliܡ conseguen e pe la s u u a a a e so I'uso del
Teo ema dei La o i Vi uali nella sua o mulazione
idona. in cui p o agonis i dell'equilib io sono i pesi
e ]a geome ia del sis ema.
L'ipo esi che soggiace e che la no ma cos u i a,
p ima dell'assioma izzazione della Meccanica. a es-
se un ondamen o empi ico, spe imen ale e soslan-
zia]men e geome ieo.
L 'indagine. in a i. si inse isce in un quad o mol o
piu ampio di ice ca, il cui in en o p incipale e quello
di da e consislenza o male e eo iea a quelle egole
p a ico-eos m i e. ehe edono nella geome ia il
lo o ondamen o, con la spe anza di sco ge i il p o-
emio ad una possibi]e e co e a concezione einema-
liea della Meecanica.
La ile u a s o ica di en a allo a I'oecasione pe
«da oce» alle eo ie meecaniche pe den i. quelle
che piu oslo che p i ilegia e come unico cammino
Ac as del Te ce Cong eso Nacional de His o ia de la Cons ucción, Se illa, 26-28 oc ub e 2000, eds. A. G aciani, S. Hue a,
E. Rabasa, M. Tabales, Mad id: I. Juan de He e a, SEdHC, U. Se illa, Jun a Andalucía, COAAT G anada, CEHOPU, 2000.
IOSO
quello dell'assioma izzazione della Meccanica on-
da a sul conce o di o za, s ada p a ica a da Eule o
in poi, en a ano il cammino duale a a e so un piu
consis en e ondamen o nell'e en o isico e nelle
g andezze di e amen e misu abili.
La delineazione di ale cammino duale po ebbe
condu e a nuo e i lessioni e iconside azioni
sull 'impo anza della geome ia e della s e eo omia
come «no ma guida» delle ecniche cos u i e della
maggio pa e delle s u u e monumen ali edi ica e
p ima del1a sis ema izzazione Euie iana dcl1a Mecca-
nica.
La ile u a in chia e mode na del1a egola pe il
dimensionamen o del pied i o sa a e e ua a come
analisi limi e di un sis ema igido, sogge o a incoli
unila e ali ed a i o, p i ilegiando un app occio cine-
ma ico a a e so I'uso della o mulazione ido a del
Teo ema dei La o i Vi uali. Responsabili del1'equi-
lib io e della s abili a del sis ema sono in al caso gli
spos amen i iduái e i pesi p op i, a a i come a ee
e, cioe, ido i anch'essi ad en i geome ici.
L'equilib io e la s abili a dipendono al10 a sol an o
dalla geome ia, ed in pa icola e dal alo e assegna-
o ad uno dei pa ame ici geome ici del sis ema, a -
a o come pa ame o di s abili a, a iando il quale
pub esse e aggiun a la condizione di col1asso: il ap-
po o a il alo e pa ico]a e del pa ame o geome-
ico e quello c i ico, co isponden e al1a condizione
di collasso, consen e dI de ini e un coe icien e dI si-
cu ezza pe la s u u a, di na u a sos anzialmen e ge-
ome ica.
RODRIGO GIL DE HONTA:'iÓN ED IL COMPENDIO DE
ARCHlTECTURA
E' nel XVI" secolo che si s iluppa e si sis cma izza
ad ope a degli a chi e i i aliani un nuo o ocabola-
io classico pe de ini e la «no ma» es e ica degli
edi icio Tale i oluzione o male ha masche a O il
con ibu o degli a chi e i a do-go ici, cosicché u e
le inno azioni dell'a e edi ica o ia del XVI" secolo
sono s a e spesso a ibui e ou cou al mo imen o
cul u ale del Rinascimen o. Anche Robe Ma k, un
isolu O sos eni o e delle acquisizioni s u u ali del
pe iodo Go ico, conside a il Ta do Go ico, con le sue
codi icazioni di leggi p oge uali, esponsabile di un
p ocesso di so ocamen o della spe imen azione
s u u ale.
A. Sinopoli
Ce amen e, il picco del la spe imen azione s u -
u ale in ui i a e a s a o aggiun o mol o p ima con la
cos uzione delle g andi ca ed ali go iche del XIII" e
XIV" secolo; ed in quell'epoca, la Scolas ica, con il
suo maggio esponen e Gio dano Nemo a io, non e a
in g ado di o ni e alcun con ibu o al1'analisi di edi-
ici cosl g andi e complessi.
Tu a ia, come a e ma Sanab ia, il XVI" secolo
non pub esse e conside a o come un pe iodo di decli-
no nell'in enzione s u u ale, ca a e izza o sol an o
dall'in oduzione di nuo e o me, in assenza di speii-
men azione e di p og essi nell'analisi eo ica.
GIi scii i dell'a chi e o spagnolo Rod igo Gil de
Hon a lón, pe enu id a a e so la iscii u a ad
ope a di Simon Ga cia nel Compendio de A chi ec u-
a y Sime ía de los Templus, son o es imonianza de-
110 s iluppo del pensie o s u u ale nel XVI" secolo,
che, sulla base de la adizione go ica e de le nuo e
idee umanis e, ado a i nuo i s umen i ma ema ici
pe un incipien e app occio spe imen ale ad una eo-
ia di ca a e e sos anzialmen e geome ico.
In a i, sebbene le egole che Rod igo p opone pe
la dis ibuzione degli spazi in e ni di un edi icio ac-
ciano i e imen o a due me odi di p opo zionali a -il
p imo, che s abilisce una analogia a I'edi icio ed il
co po umano, in acco do ad una adizione Vi u ia-
na, ip esa in segui o da F ancesco di Gio gio e Al-
be Dii e : il secondo, di ipo geome ico, basa o su
an iche egole go iche- I'in en o di Rod igo e dI di-
mos a e che il piu nuo o e piu icco in ipologie o -
mali sis ema di p opo zionamen o umano non e in
con addizione con il piu an ico me odo geome ico
di adizione go ica. Una simile idea e p esen e anche
in Le p emia ome de l'a chi ec u e (1568) di Phili-
be de L'O me, che p opose di idu e il diso dina o
e con uso lib o di Vi u io a la eoiia e ine odologia
geome ica di Euclide.
Piu in e essan i, comunque, come es imonianza
del10 s iluppo del pensie o s u u ale nel XVI" seco-
lo ed in acco do a la esi che soggiace a ale la o o,
sono le cgole che Rod igo p opone pe il dimensio-
namen o degli elemen i s u u ali: esse sono o inu-
la e in modo indipenden e dal1e egole di dis ibuzio-
ne degli spazi di un edi icio, e con I'in en o di
ga an i e che lo spesso e di ogni elemen o s u u ale
sia né maggio e né mino e di quel10 necessa io alla
sua s abili a.
Le egole che Rod igo p opone possono esse e
suddi ise in due ca ego ie:
S abili á di s u u e ad a ca e egale cas u i e nel XVI" e XVII" seca la lOS 1
Quelle di na u a a i me ica, isul a o di una len a
assimilazione di un ocabola io ma ema ico eso
disponibile in I alia anco a nel XIV" secolo;
Quelle di na u a geome ica, che app esen ano
un a anza o s iluppo della adizione geome ica
go ica, dal momen o che esse sono a icola e in
sequenze g a ico-cos u i e p og essi e, o ien a-
e alle nuo e ipologie s u u ali Rinascimen ali
e o mula e u ilizzando piu so is ica i s umen i
dellinguaggio ma ema ico.
En ambe comunque si con igu ano come o mu-
lazioni eo iche di p oblemi s u u ali, cui si ichiede
un ca a e e di gene ali a e di su icienza, che isul a
esse e non analizza o né gius i ica o.
L'unica egola che Rod igo p opone (P ima Rego-
la Geome ica), o emen e adica a nella adizione
geome ica go ica e sop a issu a, anche se non
gius i ica a, a a e so i secoli nella p a ica di can ie-
e, e la egola del dimensionamen o del pied i o, che
p opone un appo o 1:4 a spesso e del pied i o e
luce dell'a co.
Tale egola e s a a spesso a ibui a a F angois
De and, che ne] 1643 la incluse nel suo a a o di
s e eo omia; essa, anche se elegan e ed appa en e-
men e mol o ada abile, app esen a un a es a o s i-
luppo del pensie o geome ico s u u ale a do go i-
co, dal momen o che igno a sia lo spesso e dell'a co
sia l' al ezza del pied i o. In eg azioni a ale egola
son o s a e o ni e in a i dalla s esso Rod igo che,
nella sua Te za Fo mula Geome ica, iene in qual-
1
¡
1
Figu a 1
La P ima e la Te za 'o mula Geome ica di Rodiigo Gil de
Hon a lón
che modo in conside azione le sudde e a iabili,
sugge endo un so is ica o, anche se inesa o, anda-
men o ipe bolico pe lo spesso e del pied i o all'au-
men a e della sua al ezza. Violle Le Due conside a
la egola di Pad e Oe and come la piu an ica e adi-
ca a nella p a ica cos u i a, ma impone un'al ezza
limi e del pied i o pe una co e a applicabili a de-
Ila o mula.
n p oblema gene ale dell'equilib io e della s abi-
li a di un po ale, cos i ui o di conci lapidei, sa a ana-
lizza o in codes o la o o, ado ando il modello mec-
canico di sis ema igido sogge o a incoli unila e ali
ed a i o; la condizione limi e che sepa a I'equilib io
dal collasso e a indi idua a come unzione di cias-
cuno dei pa ame i geome ici ca a e izzan i la s u -
u a.
11 alo e c i ico di ali pa ame i consen i a di i i-
si a e la P ima Fo mula Geome ica di Rod igo, no a
come egola di Pad e Oe and, e di quan i ica e il co-
isponden e coe icien e di sicu ezza; sa a inol e
analizza o, in elazione a ale egola che non de inis-
ce né lo spesso e dell'a co né l'al ezza del pied i o,
il limi e supe io e sugge i o da Violle Le Oue pe
l'a1 ezza del pied i o.
ANALISI LIMITE E STAHILlTA'DEL PORTALE LAPIDEO
Si conside i il po ale lapideo di ig. 2, modella o
come sis ema di conci igidi sogge i a incoli unila-
e ali sulle acce di con a o. e ca a e izza o da a i-
o su icien e ad impedi e sli amen i ela i i a con-
ci con igui.
Si indichi con oq lo spos amen o gene alizza o.
che co isponde alla o mazione del meccanismo ca-
a e izza o da cinque ce nie e al e na e, ispe i a-
men e, all'cs adosso e all'in adosso; ali ce nie c
sono simmc icamen e colloca e alla chia e e alle
impos e del po al e, e al gene ico giun o di o u a
dell'a co, indi idua o dall'angolo a conside a o a-
iabile con con inui a da O' a 90'. Con un' o ica
o ien a a alla ice ca della condizione di collasso, si
conside a sol an o il meccanismo a cinque ce nie e,
dal momen o che il meccanismo di collasso e ca a e-
izza o dal nume o minimo di ce nie e.
Si indichi con Qil e o e gene alizza o, le cui
componcn i app escn ano i pesi dei qua o conci in
cui il po ale es a suddi iso dal meccanismo consi-
de a o. Sia oq sia Qo iamen e dipendono dai alo i
!O52
dei pa ame i geome ici ca a e izzanli il po lale e
dal meccanismn conside alo, e cine da:
il alo e dell'angolo del giun o di o u a a:
il aggio di in adosso dell'a co :
lo spesso e del!' a co s:
lo spesso e del pied i o 1,
l'al eLZa del pied i n 11.
(3) 9) (2)
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Figu a 1
Schellla dci po alc lapidco e Illcccanislllo a qua o conci
Condizione necessa ia e ';u icienle pe I'eqllilib io
del sis ema, in elazione a] meccanismo conside a o,
eche illa o o i uale 8Ud) delle o ze a i e soddis i
la disuguaglianza:
¡"'¡Vd' =Q x oq S; O
La condizione di collasso e aggiun a quando esis-
le un meccanismo 8ql" '* °, pe cui il la o o i uale
8L"" isul i nullo: ale meccanismo e unico, esso e il
meccanismo di collasso.
Fissala la geome ia del sis ema, e a pa i e da una
con igu azione di equilib io s abile, la ice ca della
condizione di collasso pub esse e e e ua a dimi-
nuendo un unico e gene ico pa ame o geome ico p,
in acco do al seguen e eo ema (Sinopoli, Co adi,
Foce, 1998):
Teo ema del Linu e In e io e: Pc p ?: p" 1,sia DL
j' insicl1le di I1Icccanisl1li 8q '* °che soddis Úno la
(1). Dilllinuendo p. si indichi COII HL j' insieme dei
mlo i di p. pc cui la (1) esoddis Ú a '<18q E DI, La
' . Sinopoli
condi~ione di collasso cOl1le ill/~lOne di p cO/'l'ispon-
de a:
ila. ' ¡'¡Lid' =Q X ()q] '<1&/ EDI (2)
La soluzione della (2) iden i ica I mico meccanismo
¡)q'" '* °, pe cui il massimo la o o e nullo 8L'''' =O),
cosicché I'equilib io anco a esis e: ()q" ¡e il IIeccanis-
iI/O di collasso, associa o ad un alo e c i ico Il" del
pa ame o p e ad un pa icola e alo e e¡/" dell 'ango]o
del giun o di o u a, Pe u i gli al i meccanismi, il
massimo la o o e sl e amen e nega i o
(8'1111'
<O),
]n acco do alla o mulazione espos a, la condizio-
ne di collasso del po ale lapideo sa a indi idua a
come unzione dello spesso e dei pied i o, conside-
alo come pa ame o di c isi, in elazione a alo i di-
e si, ma cos an i, del aggio di in adosso , dello
spesso e de11'a co se dell'al ezza del pied i o h,
Sa i¡ inol e analizza o il caso co isponden e al alo-
e limi e di h, sugge i o da Violie Le Duc pe I'ap-
plicabili a della egola di Pad e De and.
IL COLLASSO COME FlJNZIONE DELLO SPESSORE DEL
PIlEDRMO
(1)
Fissa a la luce de 11'a co, e cioe il aggio di in adosso
, poiché I'equilib io e la s abili a del po ale dipen-
dono dallo spesso e sdell'a co, dall'al ezza he dallo
spesso e Idel pied i o, la ice ca della condizione di
collasso co isponden e al Teo ema del Limi e ]n e-
io e (2) e s a a pc segui a issando alcuni alo i di ;
pe ciascuno di essi, si sono conside a i di e si alo i
di 11, a iando 1 aUa ice ca dello spesso e c i ico 1"
co isponden e alla condizione di collasso, ] alo i
assun i pe lo spesso e dell'a co sono o iamen e su-
pe io i allo spesso e c i ico co isponden e alla con-
dizione di collasso dcl!'a co semici cola e in assenza
di pied i i (s> O.114 ); pe ognuno di ali spesso i, si
sono conside a i cinque di e si alo i pe le al ezze
del pied i o, co isponden i ispe i amen e a:
111=11""= 3/2,al czza del pied i o p opos a da
Pad e De and nel suo schema g a ico:
h,= :
11,= 2h",,= 3:
h,= 2 ;
h, =.'I , al ezza limi e p opos a da Violie Le
Duc.
s = 0.15 h¡~ hDe ~ '0/3/2 le ..~0.28043 ae ~57.1°
h2 ~ le 0.29341 ae ~57.lo
h3~ 2hDe = '0/3 le 0.33788 ae ~57.¡O
h4 ~2 la ~0.34774 ae ~.57.lo
hs =3 le ~0.37115 ac =57.¡O
s = 0.2 h¡.~ hDe = '0/3/2 le ~0.27514 ae =59.6°
h2 = le ~0.29088 ae ~59.6°
h3~ 2hDe = '0/3 le =0.34743 ae =59.6°
h4 =2 le =0.36049 ac ~59.6°
hs ~3 le 0.39217 ac ~59.6°
s = 0.4 h¡= hDe = '0/3/2 le =. OPonalesemp es abiw
h2 = le ~O Po ale semp e s abile
h3= 2hDe d3 le .= OPo ale semp e s abile
h4 =2 le =OPo ale semp e s abile
hs 3 le =OPo ale semp e s abile
S abililá di s ul u e ad a co e egale cos u i e ncl XVI" e XVIF sccolo 1053
Pe ognuno dei casi conside a i, e s a o de e mina-
o in acco do alla (2) il alo e dello spesso e c i ico
del pied i o le ed il co isponden e alo e 1" del
giun o di o u a. 1 isul a i o enu i sono illus a i ne-
lIe Tabelle 1 a. l b. I e e Id, da cui si pub no a e
ehe. in ogni caso, il alo e di a" dipende sol an o da-
110spesso e dell'a co s, e non dalle ea a e is iehe del
pied i o he l.
Tab. la. Spesso i c i iei del pied i o pe 5= 0./51'
Tab. lb. Spesso i c i iei del pied i o pe s=0.21'.
s = O.15 h¡~ hDe ~ '0/3/2 le _C0.28043 ae =57.¡O
h2=
h3= 2hDe ~ '0/3
le 0.29341 ae =57.1°
h4 ~2
hs..3
le =0.33788
le ~0.34774
ac =57.IO
ae =57.IO
le ~~ 0.37115 ac =57.IO
Tab. le. Spesso i c i ici del pied i o pe s=0.31'.
Tab. Id. Spesso i c i ici del pied i o pe s=0.151'.
i] De and D.,and
Cs Ik=Rl =l.15 Cs k=RJ = 1.2
S=O.15 S~O.2
1.783 h=h(de ) 1.817 h=h( de )
1.704 h~ 1.719 h=
I
1:1~~ --Ih=2h(de ) h=2h( de )
1.439
,h=2 1.387 h=2
1.347 -h=3 1.275 h~3
1054
Come si pub no a e, la s abili a del po ale aumen a
al!' aumen a e dello spesso e dell' a co, an o che nei
casi della Tab. Id il sis ema e semp e s abile; la s abi-
li a din-anuisce, in ece, all' aumen a e del!' al ezza
dei pied i o e, conisponden emen e, il collasso a -
iene pe alo i maggio i dello spesso e c i ico del
pied i o la'
COEFFIClENTE GEOMETRICO DI SICUREZZA E
CONCLUSIONI
Indi idua i i alo i dello spesso e c i ico del pied i o,
in elazione a di e si alo i degli al i pa ame i geo-
me ici del po ale, siamo o a in g ado di ianalizza e
sia la egola di Pad e De and, sia ¡llimi e impos o da
Violle Le Duc pe I'al ezza del pied i o: h=3,..
Pe alu a e la co e ezza di ali c i e i e pe quan-
i ica e la s abili a conseguen e pe la s u u a, si de-
inisca come coe icien e di sicu ezza C", in elazione
allo spesso e del pied i o, il appo o a un alo e
assegna o di ale spesso e e quello c i ico, co ispon-
den e alla condizione di collasso: C, =l/la'
Fissa o lo spesso e dell'a co s, de ini o anche come
k=R/,., e cioe come appo o a aggio di es adosso e
aggio di in adosso del!'a co, sono s a i calcola i i
alo i dei coe icien i di sicu ezza, co isponden i ad
un'al ezza p e issala del pied i o, come unzione del
A. Sinopoli
suo spesso e l. Al a ia e dell'al ezza del pied i o
sono s a e o enu e di e se cu e, app esen a e in
ig. 3, pe il caso co isponden e a s=1.15.
Pe un p e issa o alo e dell'al ezza h, u e le cu -
e hanno andamen o linea e, e idenziando una p o-
po zionali a di e a a coe icien e di sicu ezza e
spesso e del pied i o. In ig. 3, lo spesso e del pie-
d i o co isponden e alla egola di Pad e De and
(1 =0.5,.) e s a o e idenzia o con una linea e icale.
La linea o izzon ale, in ece, co isponden e a Cs=l
consen e di e idenzia e pe ogni alo e dell'al ezza
dei pied i o h il co isponden e spesso e c i ico 1a'
Come si pub no a e da ig. 3, la egola di Pad e
De and ga an isce pe le al ezze conside a e una buo-
na s abili a pe il po ale, dal momen o che il coe i-
cien e di sicu ezza a ia a 1.347 a 1.783; il alo e
piu basso e o enu o pe !'al ezza limi e p opos a da
Violle Le Duc: h=],..
Andamen i simili si possono no a e nelle lgs. 4 e
5, o enu e ispe i amen e pe s=1.2 es=1.3. Pub
esse e in e essan e no a e che la a iazione del coe -
icien e di sicu ezza non ha andamen o mono ono
ispe o all'al ezza hdel pied i o, al!'aumen a e de-
110spesso e dell' a co.
Tale ci cos anza pub esse e e idenzia a osse an-
do i alo i di C, co isponden i alla egola di Pad e
De and (1 =0.5,.), al a ia e di s. In pa icola e, men-
e pe bassi alo i di hil coe icien e di sicu ezza,
°i
--"- --. ¡.
I 0.15, ->
0.5
O.3 spesso e pied i o
Figu a 3
Coe icien e di sicu ezza pe s =1.15.
I
I
-°1 "
/
I
0.2 spesso e pied i o
O.4 0.5
Figu a 4
Coe ic1en e di sicu ezza pe pe s= 1.2.
S abili á di s u u e ad a co e egole eos u í e nel XVI" e XVII" seeoIo 1055
e, k=RI = 1.3
8=0.3,.
I
I
lA.58 ~
1.385 :-
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0.5,. 0.6,. spesso e pied i o0.3,.
Figu a 5
Coe icien e dí sicu ezza pe s=1.3.
a!l'aumen a e di s, aumen a endendo a!l'in ini o
(1,,=0), pe piu al i alo i (ad esempio: h=3 ) il coe -
icien e di sicu ezza diminuisce.
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