Chiesa di S. Johannes in Jerusalem: lettura tecnologica come strumento di valorizzazione/S. Johannes in Jerusalem Church: enhancement through technological analysis

Andrea Sichi, Scuola di Architettura, Università di Firenze

Carolina Rosini, Scuola di Architettura, Università di Firenze

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Abstract. La rlcerca ha iI fine di completare iI bagagllo conoscltlvo su un monu- mento di quasi mille annl attraverso lo studio e l'lnterpretazlone del dlsposltlvl tecnologlcl antlchl che hanno generato caratterl formall unid. Le anallsl effettua- te sulla chiesa del Castello della Magione a Pogglbonsl, complesso monumen- tale svlluppatosl in prosslmltá del tracclato della Via Francigena, ne affrontano la storla evolutiva nel tentativo di colmare le lacune documentan.

L'osservazbne critica del monumento, iI rlllevo dlretto del dlsposltlvl tecnologl- co-strutturall, le puntuall mlsurazlonl mírate alla verifica delle ipotesl, la rlcostru- zlone svolta sul campo e la rlelaborazlone dl datl In fase dl post-produzlone sono statl I caratterl dlstlntlvl del método dl rlcerca adottato.

In partlcolare, si sono ottenutl I seguentl rlsultatl: ipotesl dl autoportanza, in fase dl costruzlone, di una volta laterlzla non coeva alla chiesa; Interpretazlone for- male della slngolare monofora dentata posta sul fronte principale della chiesa, apertura che ha flnora lasclato Insoddlsfatta la curlosltà degli studlosl; Indlvldua- zlone del método dl tracdamento del monumento e del rapportl proporzlonall usatl per la sua collocazlone In relazbne al contesto; splegazlone della partlcola- re e anómala orlentazlone della chiesa; ipotesl dl datazlone, flnora Incerta per la mancanza dl documents In generate, la completa conoscenza del monumento mlrata a fornlre strumentl utlll per la valorizzazione e per un corretto approcclo In caso dl eventuall interventi dl restauro.

Parole chiave: Conservazlone e Valorizzazione del Patrimonio, Tecnologle costruttlve antlche, Simbolismo del Templan, Slmulazlonl vlrtuall

Introduzione

La ricerca parte dalla nécessité di colmare i vuoti conoscitivi sulla chiesa di S. Johannes in Jerusalem, sita nel Castello della Magione, a Poggibonsi, Siena, complesso monumentale sorto in prossimità di un tracciato pedecollinare valdelsano della Via Francigena, sulle sponde del torrente Staggia (Fig. 1). La chiesa, un gioiello di architettura románica, caratterizzata da demen- ti che la rendono única ed estremamente ricca di fascino, è un esempio di sinergie tra modelli costruttivi di varia provenienza: il campanile a vela, al centro del fronte d'ingresso, e le monofore con architrave lunettato monolítico sono dementi del linguag- gio pisano (De Filia et al.,1986), mentre l'abside, coronata da mensole decorate su cui si impostano archetti a tutto sesto, è di origine lombarda (Frati, 1996).

Elemento che caratterizza la chiesa è la curiosa monofora den- tata del fronte d'ingresso, única nel suo genere, sulla cui forma e funzione finora non è stata data spiegazione (Fig. 2).

Dalla fondazione fino ad oggi, la chiesa, cosí come tutto il com- plesso, ha subito una serie di vicissitudini che l'hanno condotta ad un progressivo processo di oblio, interrotto solo con un re- cente restauro, ultimata nel 1993, che ha restituito dignité all'in- tero complesso, nonostante modifiche non sempre compatibili1. Avendo come finalité la valorizzazione del monumento, la ricer- ca ambisce alla comprensione della totalité dei dispositivi tecno- logía come mezzo per colmare le lacune documentais la lettura della tecnología costruttiva diventa uno strumento con cui dare una nuova interpretazione alla storia, alla formazione e alla ge- nesi progettuale della chiesa.

Inoltre, l'indagine tecnológica sul método costruttivo, sui mate- riali e sulle strutture è basilare in ottica del restauro, disciplina fondamentale per la tutela e la conservazione del patrimonio architettonico. Essa crea le basi culturali affinché possano esse- re awiate opere di risanamento sul monumento, vincolato dal 19752, come, ad esempio, il ripristino della struttura lignea di copertura3.

Breve descrizione del monumento

Le vicende storiche della chiesa si intrecciano con Fordine dei Cavalieri Templari, in partico- lare con quello degli Ospitalieri di Pisa, uno degli ordini gero- solimitani4. Entrati in possesso del complesso vi instaurarono una struttura di accoglienza per i pellegrini in viaggio sulla via Francigena. Furono, probabilmente, proprio i Cavalieri Templa- ri ad edificare la chiesa, modificando l'assetto del complesso5. Fa data di costruzione non è pero nota: nel primo documento conosciuto riferito al complesso, risalente al 11406, non viene fatto alcun riferimento alia chiesa di cui, invece, si fa menzione solo in un documento del 12287.

Dopo la soppressione dell'ordine dei Templari (1312), il com- plesso continuó a svolgere la funzione di pellegrinaio, subendo vari passaggi di propriété.

Gli interventi sulla chiesa, durante gli anni, sono stati minimi, se si esclude la costruzione di una volta a tre crociere in mattoni, descritta, per la prima volta, in un documento del 1720s; il mo- tivo della messa in opera della struttura non è stato mai spiegato. Fevoluzione del complesso è stata fortemente influenzata dal torrente Staggia sulle cui sponde, in época longobarda, in pros- simité di un guado, fu edificata una torre, primo núcleo della Magione (Mantelli, 1990); la vicinanza al torrente ha esposto il complesso a molteplici inondazioni che hanno contribuito ad alterarne la fisionomía origínale.

Agli inizi del '900, la Magione era un rudere: più volte alluviona- to e parzialmente sommerso dai detriti delle piene divenne un annesso agricolo; la chiesa, sconsacrata, fu addirittura adibita a tinaia (Mantelli, 1990).

Richiedendo interventi di manutenzione troppo onerosi, il complesso venne infine abbandonato. Acquisito alla fine degli anni 70 del '900, è stato, come detto, restaurato e, attualmente, è sede dell'Associazione Milizia del Tempio, Ordine dei poveri cavalieri di Cristo.

Aspetti metodologici della ricerca

La ricerca si è articolata nelle se- guenti fasi: analisi documéntale e storiografica; indagine diretta sul monumento; interpretazione dei dati.

Con la prima, si è cercato di chiarire gli awenimenti storici rela- tivi al complesso, attraverso la consultazione delle fonti di archi- vio e della letteratura esistente. È risultato subito evidente che la maggior parte degli aspetti formali che caratterizzano la chiesa non trovavano spiegazione; si è resa quindi necessaria una fase di analisi diretta sul monumento, mirata alla lettura dei dispositivi tecnologici. A tal fine, sono state effettuate campagne di rilievo generale e di dettaglio, aile quali è seguito un rilievo tecnologico- strutturale per l'analisi dei materiali, delle tecniche costruttive e di tutte le particolarità tecnologiche.

Questo secondo tipo di analisi, basato sul contatto diretto col monumento, è fuñico che possa garantiré un'accuratezza nel re- perimento di dati che altre metodologie, come quelle basate su rilievi indiretti eseguiti con strumentazioni laser, non permetto- no di ottenere. Infatti, la conoscenza del monumento deve awe- nire innanzitutto attraverso indagini continue e mírate che con- ducano alia gradúale scoperta, alio studio e alfinterpretazione dei dettagli. Questo aspetto risulta fondamentale per compren- dere la ricerca e per impostare lavori simili su altri monumenti. I dati ottenuti sono stati interpretati attraverso un processo di comparazione formale e tecnológica, in riferimento rispettiva- mente a esempi simili e alia letteratura técnica; infine, le ipotesi formulate sono state verifícate in situ e con elaborazioni di simu- lazione tridimensionale.

Risultati della ricerca

L'analisi tecnológica è stata ese- guita su tutti i dispositivi, otte- nendo risultati del tutto originali. Si riportano i due casi studio di maggior rilevanza: la volta e la monofora dentata9.

La volta a tre crociere non costolonate si compone di una botte longitudinale e di lunette a sesto acuto dal profilo rampante (Fig. 3); è costruita in mattoni (29x15x6 cm) apparecchiati di costa.

Lo spessore ad una testa10 suggerisce un primo spunto di analisi: mattoni apparecchiati di piatto11 avrebbero generato una strut- tura molto leggera, condizione ottimale per un dispositivo di controsoffittatura non praticabile; fu invece scelta la soluzione, più massiva, ad una testa. L'originale struttura a capriate (due, secondo la ricostruzione analítica svolta), oltre ad essere espo- sta agli incendi, richiedeva evidentemente operazioni di manu- tenzione non sostenibili. Si optó, molto probabilmente, per una copertura alla piemontese; la luce da coprire, pari a circa 12 m, avrebbe perô causato un'eccessiva inflessione della trave di col- mo. La volta, dunque, tramite puntelli lignei fissati sullestrados- so, avrebbe consentito di ridurre la luce e fornito un appoggio per la nuova copertura; contestualmente, la struttura avrebbe svolto una funzione di protezione dagli incendi e avrebbe impe- dito cadute di materiale alfinterno della chiesa12.

La volta non presenta una geometría perfetta. Gli archi acutí di- rettori delle lunette hanno profili completamente diversi gli uni dagli altri (centri di quinto, quarto e terzo acuto) e, pertanto, ri- sultano diverse le geometrie delle campate; i filari non sono pa- ralleli né aile generatrici né alle direttrici; sono inoltre presentí variazioni di assetto nei filari e anomalie di posa dei mattoni. Fattori attribuibili, a prima vista, ad una posa eseguita in modo approssimativo e frettoloso, hanno invece stimolato la ricerca.

Riferendosi a sistemi voltati noti, si è procedido col método com- parativo che ha permesso di accreditare le anomalie dell'appa- recchiatura. La trattatistica offre numerosi esempi, ma le unghie delle volte a crociera sono comunemente apparecchiate con filari orizzontali paralleli alle generatrici, o con filari arcuati paralleli alie direttrici oppure a spinapesce (Capomolla, 1995). I peducci, inoltre, assumono fin da subito un'importante inclinazione che si mantiene per tutto lo sviluppo della volta.

Filari inclinati, continue correzioni, perfetta stilatura dei giunti all'intradosso, piccoli fori tamponati sulle pareti della chiesa13, leggera curvatura dei filari longitudinali della botte, geometrie diverse per ciascuna campata sono dementi che hanno porta- to a ipotizzare una técnica costruttiva che non prevede luso di armature e centine, classiche strutture prowisionali di sostegno e di definizione geométrica (Figg. 4-5). II funzionamento auto- portante ipotizzato avrebbe consentito una riduzione dei tempi di costruzione nonché un considerevole risparmio económico: le armature avrebbero dovuto essere molto possenti per sostene- re il notevole peso della volta; inoltre, la diversa geometría delle tre campate avrebbe comportato la nécessité di usare tre diverse centine. D'altro canto, senza armature e centine, oltre a risolvere il problema del sostegno della volta durante la costruzione, i mu- ratori avrebbero dovuto operare senza alcun riferimento visivo. Analizzando i dati, si è messa a punto una possibile técnica co- struttiva, prima con una simulazione tridimensionale, poi attra- verso un modello in scala 1:10.

Tracciata la geometría delle direttrici della botte e delle unghie sulle pareti, venivano allestite sagome arcuate (archi di circon- ferenza, única curva tracciabile all'epoca della costruzione) per definiré la geometría delle creste nello spazio; tali sagome dove- vano essere strutture leggere, formate, ad esempio, da semplici canne di Hume, incurvate e legate. Materializzate le creste nello spazio, le restanti porzioni potevano essere definite ricorrendo ad un análogo sistema di canne che, inserite nei fori descritti in precedenza, si sarebbero attestate a quelle delle creste. In questo modo si realizzava un dispositivo "a filo di ferro" che costituiva il riferimento con cui i muratori potevano individuare la dire- zione (l'assetto) da assegnare ai mattoni. Questo sistema non avrebbe pero risolto il problema dell'autoportanza; era necessa- rio ricorrere ad un ulteriore espediente: rinclinazione dei filari. Due filari omologhi, appartenenti rispettivamente alla botte e all'unghia, inclinati e attestati ad angolo retto in cresta, inne- scano una spinta che, scaricandosi sulle pareti della chiesa, con- trasta la forza peso che tenderebbe a far collassare la struttura. Per ottenere la giusta inclinazione, i filari dovevano attestarsi in cresta a una quota più alta rispetto a quella di partenza. L'am- morsatura a 90 gradi di questi filari avrebbe infine facilitato la posa, diminuendo le fasi di taglio dei mattoni (Figg. 6-7).

In definitiva, si tratta di un procedimento artigianale derivante dallesperienza costruttiva di maestranze locali, adottato per ri- solvere questo specifico caso, ma riproducibile, eventualmente con alcune varianti, per la costruzione di strutture analoghe.

La monofora, dal profilo a denti di sega, è única nel suo genere; non esistono altri esempi simili noti (Fig. 8). L'analisi effettuata ha condotto a esiti del tutto originali.

Innanzitutto, lo studio dell'apparecchiatura muraria attesta che la finestra fu progettata, secondo un intento ben preciso, contestualmente al resto della chiesa: perfette ammorsature fra le bozze, nessuna soluzione di continuità, tagli e lavorazioni identici rispetto alle bozze contigue consentono di affermare che non si tratta di un intervento successivo.

Ci siamo chiesti se, in qualche modo, l'origine della forma fosse connessa al simbolismo dell'ordine cui i costruttori appartenevano. Il simbolo degli ordini Ospitalieri è la Croce delle Beatitudini, croce a otto punte.

La sovrapposizione di quattro croci, attraverso semplici passaggi (Fig. 9), trova una corrispondenza pressoché perfetta col profilo seghettato (Fig. 10).

Si è proceduto considerando la funzione cui qualsiasi apertura deve assolvere: permettere il passaggio della luce.

È da precisare che la monofora si imposta sopra l'estradosso della volta la quale, quindi, non consente il passaggio della luce all'interno della chiesa (Fig. 11).

È stato pertanto necessario, sulla base di dati ricavati da formule di geometria solare (Ricci, 2003), ricorrere ad una simulazione tridimensionale. La luce, attraversando la finestra, assume, sul pavimento, una forma casuale che, intorno alle ore 14:00, diventa ben definita: un rettangolo, la cui lunghezza e posizione lungo l'asse longitudinale della chiesa variano in base al giorno. Si è cercato di individuare in quale giorno tale proiezione abbia un determinato significato. Il giorno in questione è il 93° dell'anno, il 3 Aprile, o il 2 se l'anno è bisestile (Fig. 12): approssimativamente alle ore 14:00, la proiezione rettangolare ha una lunghezza pari a un braccio (0,58 m) e individua un punto ben preciso, ovvero l'intersezione fra il suddetto asse longitudinale e il gradino, ad esso normale, che separa il presbiterio dall'assemblea (Fig. 13).

Il punto non è altro che la proiezione gnomonica generata dalf ap- pendice delf architrave della finestra, a cui finora nessuno ha at- tribuito una particolare funzione. L'architetto non solo ha voluto individuare un'area, ma anche una lunghezza ed un punto, in un giorno ben preciso dell'anno14. Individuata la funzione del profilo dentato, lo studio è proseguito, cercando di spiegare cosa rappre- sentasse quel punto, perché la proiezione fosse lunga un braccio esatto e quale significato potesse avéré il giorno 93. Osservando la planimetría, si nota che quel punto dista dal complesso 13,25 m, misura coincidente con la lunghezza del lato lungo della chie- sa e con la metà esatta del fronte del complesso (Fig. 14).

Si spiega cosí il significato del punto: il progettista ha voluto ren- dere noto in che modo si è relazionato al complesso esistente. Partendo da quel punto, considerando la metà di 13,25 m e ag- giungendo a questa misura la lunghezza della proiezione di luce (0,58 m), si ottiene una misura pari a 7,20 m, esattamente la mi- sura del lato corto della chiesa: 13,25 m e 7,20 m sono quindi le misure dei lati del rettangolo che definisce il perímetro esterno della chiesa. Mediante semplici rególe geometriche, basate sul rettangolo áureo, si è quindi sviluppata la planimetría della chie- sa, ottenendo un disegno perfettamente sovrapponibile al rilievo (Fig. 15).

Lo studio consente di capire il motivo dell'anómala orientazio- ne della chiesa, non allineata al consueto asse Est-Ovest, bensi ruotata di 41,5° (Fig. 16). Solo con quell'orientazione l'angolo azimutale del sole è tale per cui i raggi sono perpendicolari alia facciata (Fig. 17).

Inoltre, solo con la leggera eccentricità della monofora (6 cm fuori asse rispetto alia facciata), che determina un'imperfezio- ne compositiva del prospetto, a prima vista un errore di posa, si verifica quella particolare proiezione, in quel particolare giorno. Si capisce anche il motivo della quota di imposta e dell'altezza della monofora (le 4 croci sovrapposte), dello spessore delle boz- ze che ne definiscono il profilo dentato (0,22 m) e della leggera riduzione dello spessore della muratura15; resta da chiarire il mo- tivo del giorno 93. Si è innanzitutto considerate che, alfepoca della costruzione della chiesa, era in vigore il calendario giulia- no; il giorno 93, il 3 Aprile, del calendario gregoriano corrispon- de al 27 Marzo del calendario giuliano (il 26 se 1'anno è bisestile). Non essendo un giorno associabile a qualche particolare evento noto connesso alia storia del complesso, si è proceduto tenendo conto della prossimità di tale giorno all'Equinozio di primavera, riferimento per la determinazione del giorno di Pasqua16. Nel periodo di tempo entro cui i documenti consentono di datare la chiesa (poco meno di un secolo), si sono cercati gli anni in cui il 27 (o il 26) Marzo fosse il giorno di Pasqua: ne esistono solo due, il 1144 e il 1155. Secondo questa analisi si potrebbe riuscire a ridurre l'arco temporale di datazione della chiesa a soli undici anni. Si puô infatti supporre che i costruttori abbiano voluto far coincidere il giorno di Pasqua con la consacrazione della chiesa, con la fine o con l'inizio dei lavori.

Lo studio pero deve arrestar si a questo punto, in quanto i dati in possesso non consentono di proseguiré; potrebbero essere aván- zate ulteriori suggestive ipotesi non conformi, pero, al carattere della ricerca. È evidente altresi che lo studio effettuato costitui- sce una base per un successivo approfondimento e per ulteriori contributi.

Conclusioni

Loriginalità della ricerca con- siste nell'aver analizzato ogni particolare tecnológico-costruttivo della chiesa cercando di spiegarne alcuni aspetti finora non analizzati. Linterpretazione di ogni dispositivo diventa la chiave di lettura per la piena com- prensione del monumento: unoperazione finalizzata alla valoriz- zazione di questopera architettonica e della sua unicità.

Con tale obiettivo, all'interno del complesso, si svolgerà una mo- stea sulla ricerca, contestualmente alTevento "Cortili e giardini aperti" del 2015, promossa dall'Associazione "Dimore Storiche Italiane". La ricerca, concentrandosi sulla spiegazione della tec- nología costruttiva, fornisce strumenti utili per eventuali futuri interventi di restauro17: non un semplice rilievo, non una sem- plice ricostruzione tridimensionale, ma un manuale d'uso con cui poter intervenire in modo técnicamente correteo, rispettoso e consapevole. Il lavoro si pone come punto di partenza per ul- teriori contributi e diventa un método da applicare per lo studio di altri monumenti.

NOTE

1 Sostituzione della struttura lignea del tetto della chiesa con una in calce- struzzo armato.

2 Prowedimento di vincolo architettonico monumentale emesso dalla Soprintendenza per i béni architettonici e ambientali di Siena con D.M. 21/04/1975.

3 Attualmente la struttura è in calcestruzzo armato: trave di colmo gettata in opera su cui si innesta la struttura secondaria in travetti prefabbricati che costituiscono l'appoggio per lo scempiato in tavelle. La presenza della mo- nofora dentata del fronte d'ingresso e dell'oculo sul fronte absidale ha reso impossibile costruire un cordolo continuo perimetrale: sono prese nti solo due cordoli sui lati longitudinals messi in opera su una sovrastruttura in mattoni. La mancanza di continuité strutturale e di ammorsatura con la mu- ratura e l'elevata concentrazione di massa sono elementi che aumentano la vulnérabilité sísmica della chiesa. Inoltre, dal punto di vista formale, Linter- vento ha modifícate) la quota del colmo alterando la fisionomía della chiesa.

4 Ordini cavallereschi nati a Gerusalemme, a seguito della sua conquista, alla fine dell' XI sec., per la difesa della Terrasanta.

5 La presenza, a terra, di una traccia muraria, che si interrompe in corri- spondenza di un angolo del fronte di ingresso, fa supporre che la chiesa sia stata edificata sull'originario tracciato della cinta muraria del complesso.

6 Atto di donazione da Gottifredo di Arnolfo e Arnolfino di Cristofano, ere- di dei fondatori, a Rodolfo, abate della Badia di Marturi.

7 Bolla emessa da Papa Gregorio IX che conferiría alia Badia di Marturi i suoi possedimenti tra cui la chiesa.

8 Cabreo del 16/10/1720 del Gran Priorato di Pisa.

9 L'analisi ha avuto per oggetto tutte le classi di unité tecnologiche presentí: le fondazioni (valutazione del sistema di fondazione in relazione al tipo di terreno), le murature (analisi dell'apparecchiatura muraira), la copertura (ricostruzione analítica della soluzione originaria a capriate, della soluzione intermedia alla piemontese e studio di quella attuale in calcestruzzo arma- to); la volta in mattoni; la monofora dentata.

10 Spessore di 15 cm.

11 Spessore di 6 cm.

12 L'assenza di un muro di spina è sopperita da puntelli lignei posti allestra- dosso della volta. Tale soluzione, economica e leggera, in relazione, ad esem- pio, alla costruzione di frenelli, di cui, peraltro, non vi è traccia, avrebbe permesso la messa in opera di una trave di sezione ridotta, riducendo i costi e facilitando le operazioni di manutenzione e sostituzione.

13 I fori rilevati sui prospetti interni della chiesa, del diámetro approssimati- vamente di 10 cm, sono posti a circa 10 cm dall'intradosso della volta e sono intervallati a distanze regolari di circa mezzo braccio (30 cm).

14 Esistono molti altri esempi di proiezioni solari che, sólitamente, si verifi- cano durante il solstizio d'estate o Lequinozio di primavera; ma la particola- re forma della proiezione che la monofora determina non trova corrispon- denza con quelle puntiformi dei consueti dispositivi solari.

15 La heve riduzione dello spessore della muratura, rilevata in corrisponden- za della mezzeria del prospetto, è ottenuta mediante una risega di circa 2 cm, sul paramento interno, sul filare cui appartiene l'architrave della porta di ingresso. La risega si riduce progressivamente fino ad annullarsi agli estremi della párete e, per questo, passa quasi inosservata o comunque risulta un particolare poco significativo.

16 Il giorno di Pasqua è la prima domenica successiva al primo plenilunio dopo lequinozio di primavera.

17 La técnica costruttiva risulta fondamentale per l'esecuzione di interventi di restauro, poiché permette di comprendere il signifícate) delle scelte for- mali, tutt'altro che arbitrarle. Quindi, nel rispetto di tali scelte, la conoscen- za comporta interventi consapevoli e rispettosi del monumento, per quanto concerne tecniche e materiali da utilizzare.

REFERENCES

De Filia, L., Merlini, G., Moretti, I. (1986), La chiesa di San Giovanni in Je- rusalem alla Magione di Poggibonsi, Ente Provinciale per il turismo di Siena, Siena.

Frati, M. (1996), Chiese medievali della Valdelsa, i territori della Via Franci- gena tra Siena e San Gimignano, Editori delLAcero, Empoli.

Mantelli, G. (1990), La Magione, casa templare sulla via Francigena, La Ma- gione dei templari edizioni, Poggibonsi.

Capomolla, R., Marnati, S., Vittori, C. (1995), Solai, coperture e volte, Edil- stampa, Roma.

Ricci, M. (2003), Architettura bioclimatica, fondamenti di geometría solare, Edimond, Citté di Castello.

S. Johannes in Jerusalem Church: enhancement through technological analysis

Abstract. The research aims to exhaust the store of knowledge on a nearly one thousand years monument through the study and the interpretation of ancient technological devices that have gener- ated unique formal characteristics. The analysis on the church of the Castello della Magione in Poggibonsi, monu- mental complex near the ancient Via Francigena, face the evolutionary history in an attempt to fill the lack of documen- tation.

Critical observation of the monument, direct survey of technological and struc- tural devices, punctual measurements aimed at verifying the hypothesis, re- construction carried out in the field and reworking of data in post-production are the distinctive characteristics of the search method.

In particular, we have achieved the fol- lowing results: hypothesis of self-sup- porting during construction of a brick vault not coeval with the church; formal interpretation of the unique denticular single-lancet window of the church's main front, that has so far left scholars' curiosity unsatisfied; detection of the method for tracking the monument and the proportional relationships used to its location in relation to the existing con- text; he explanation of the peculiar and irregular orientation of the church; as- sumptions about the dating of the monu- ment, still uncertain because of the lack of documents; in general, the complete knowledge of the monument aimed to provide useful tools for the enhancement and for a correct approach in case of any restoration.

Keywords: Conservation and Enhance- ment of the Heritage, Ancient construc- tive technologies, Symbolism of the Templars, Virtual simulations

Introduction

This research starts from the necessity to complete the knowledge around the S. Johannes in Jerusalem church, in the monumental complex Castello della Magione in Poggibonsi, Siena, developed near a foothills route in Valdelsa of Via Francigena, on the banks of the river Staggia (Fig. 1).

The church, a jewel of Romanic archi- tecture, characterized by unique and extremely fascinating elements, is an example of the cooperation between constructive models of different ori- gin: the bell gable in the center of the main front and the single-lancet win- dows with their lunettes on the lintels are typical elements of Pisan Roman- esque style of architecture (De Filia et al., 1986), while the apse, crowned with decorated brackets on which round arches are set, has a Lombard origin (Frati, 1996).

Element that characterize the church is the curious single-lancet window that adorns the entrance facade; unique in its kind, its shape and function have never been explained (Fig. 2).

From its foundation until today, the church itself and the entire complex have suffered from a series of events led them to a progressive state of oblivion, stopped only by a recent restoration, completed in 1993, that has revived the entire complex, even though it resulted in an invasive inter- vention1.

For the purpose of enhancement of the monument, the research aims to understand the totality of technologi- cal devices in an attempt to fill the lack of documentation: the analysis on the constructive technology becomes a tool to give a new interpretation to history, formation and project genesis of the Church.

Moreover, technological investigation of the construction technology, of ma- terials used and structures, is essential for restoration, which represents the fundamental discipline for protection and preservation of the architectural heritage. It creates the cultural basis for any future renovating effort of the monument, hedged-in since 19752, such as the restoring of the roof's wooden structure3.

Brief description of the monument

The church's history is closely related to order of the Templar Knights, in particular with the Hospitaller, of Pisa, one of the Jerusalem's Knights orders4. When they took possession of the complex, they established an hospital- ity structure for pilgrims who could find reception during their walk along the nearby Via Francigena.

Templars Knights, probably, built the church, changing the setting of the building's complex5. The foundation date is unknown: the first document on the complex is dated 11406, but there is no reference to the church, which appears for the first time in a document dated 12287.

After the suppression of the order of Templar Knights (1312), the complex continued to function as an hospitality structure for pilgrims, changing sever- al owners. Through the years, minimal interventions have been carried out on the church; the most important is a three groined brick vault, mentioned for the first time in a document dated 17208; it's not clear the reason of the construction of the vault.

The evolution of the complex was strongly influenced by the river Stag- gia; on its banks, near a river's cross- ings, was built a tower, the first nu- cleus of the complex, in Lombard times (Mantelli, 1990); the proximity of the buildings to the river subjected the complex to several floods that have contributed to alter the original con- figuration.

In the first years of the 20th century, the Magione is practically in ruins: after being flooded several times and submerged by debris, it became an agricultural annex, while the deconse- crated church was even used as a cellar (Mantelli, 1990).

As it required extensive and expensive restoration, the complex was gradu- ally abandoned. It was finally acquired at the end of the 1970s and restored; it's now the headquarters of the Militia Templi, Poor Knights of Christ's Or- der Association.

Search Methods

The research was set on three levels of analysis: documental and historio- graphical analysis; direct survey of the monument; datas interpretation.

By the first, weVe clarified the histori- cal events related to the complex, by consulting the archival sources and existing literature. It was clear that most of the formal properties of the church were not explained through a purely documentary survey; it became necessary a direct analysis phase, aimed to interpreting technological devices.

General and detail measurement campaigns were carried out; then a technological and structural survey on materials, construction techniques and all technological devices.

This second type of analysis, based on the direct contact with the monument, is the only that can guarantee the ac- curacy of all the data: other method- ologies, such as indirect surveys with laser devices, wont allow to obtain the same precision. The knowledge on the monument can be only obtained through targeted and continuous measurements, that guide us in the gradual discovery, in the study and in the interpretation of the devices of the monument. This aspect remains fun- damental to understand the research and to set up similar projects for other monuments.

The data collected were analyzed through a formal and technological comparison with similar examples in the area and in the technical literature; at the end, our hypothesis were veri- fied on site and with three-dimension- al simulations.

Search Results

The technological analysis was per- formed on all devices; the results are entirely original. Here are the two most significant study cases: the vault and the denticular single-lancet win- dow9.

The three groined not ribbed brick vault consists of a longitudinal barrel intersected by rampant profile nails (Fig. 3); the bricks (29x15x6 cm) are laid on a side.

The thickness10 enables a starting point for analysis: bricks laid face- up11 would have generated a very light structure, an optimal requirement for a not accessible countertop device; in- stead, was chosen the brick laid on a side solution.

Evidently, the original truss structure (two trusses, according to the ana- lytical reconstruction) was exposed to fire and required too cumbersome maintenance tasks. It was decided, most likely, to use a Piedmont roof- ing; however, the 12 m distance be- tween the walls would have caused an excessive inflection of the ridge beam. Therefore, the vault would have reduced the span and provided a base for the new roof, by wooden supports fixed on the extrados; same time, the structure would have acted as a fire protection and would have prevented the material falls within the church12.

The vault has not a perfect geometry: the flying buttresses, directrices of the groins, show completely different pro- files from each other; the spans have different geometries and the rows are arranged in an unusual way, as neither parallel to the directrices nor to the generatrices.

Moreover, it shows changes in the alignment of the bricks and frequent laying errors. These are exactly the reasons that lead people to describe it as a device built in a hurry and by inexperienced bricklayers; on the con- trary, these incongruities stimulated our research.

We proceeded with the comparative method, referring to the vaulted sys- tems known; this has permitted us to confirm the strangeness of the ap- paratus. There are many examples of brick laying in the manuals, but the nails of the groined vaults are com- monly laid in horizontal rows parallel to the generatrices of the curves, or in curved rows parallel to the directrices, or herringbone (Capomolla, 1995). The corbels show from the outset an important angle that holds till the end of the setting.

The inclined rows, the continuous corrections, the perfect joints at the intrados, the small closed holes on the church walls13, the slight curvature of longitudinal rows of the barrel by a top view, different geometries for each span, all this has led us to hypothesize a building technique that does not require scaffoldings and ribs, provisional structures for support and geo- metrical definition (Figs. 4-5).

The hypothesized self supporting functioning would have enabled a re- duction of construction time as well as significant cost savings. Scaffold- ings should have been very massive to support the considerable weight of the vault; furthermore, the different ge- ometry of the three spans would have resulted in the need to use three dif- ferent ribs. On the other hand, with- out scaffoldings and ribs, in addition to solving the problem of supporting the vault during construction, the bricklayers would have to work with- out any visual reference.

Analyzing the data, we developed the technique that would have granted this solution: first through a 3D simu- lation, afterward through a 1:10 scale model.

Drawn the arc profile geometry of the groins and barrel on the walls, they built arc profiles (arches of circumfer- ence, the only traceable curve at that time) to define the ridges. Needing only to define the geometry, they were lightweight structures built, for exam- ple, with simple curved river reeds. Materialized the ridges in space, the remaining portions of the vault could be defined by using a system formed by reeds which inserted into the holes described earlier, would settle on the curved reeds of the ridges. This creat- ed a "wireframe" device that was used to define the geometry of the vault to be built, a reference to allow masons to visualize the direction (the set-up) to give to the bricks.

This would not solve the problem of the self supporting; an additional device was necessary: the inclination of the brick rows. Two corresponding rows, belonging respectively to the barrel and the groin, tilted and settled at a right angle on the ridge, trigger a push force that contrasts the sinking strain by driving it on the walls. To get the right inclination, the rows (the visual reference) had to be settled into a higher section on the crest than that of the start. The 90 degrees arrangement of these rows would have facilitated the laying of the bricks, decreasing the cutting phases (Figs. 6-7).

Ultimately, it's an artisan procedure, coming from the constructive experience of local bricklayers, adopted to solve this specific case, but easily reproducible, possibly with some variant, in similar buildings.

The denticular single-lancet window is unique, there are no other examples known (Fig. 8). The analysis has led to original outcomes.

First, by the study of masonry follows that the window was designed as a clear intent, together with the rest of the church: perfect toothing between the ashlars, no solution of continuity, identical cuts and processes in relation to the adjacent stones allow us to affirm that it is not a later work.

We wondered if, in some way, the origin of the shape was linked to the symbolism of the order which the builders belonged to. The symbol of the Hosting Order is the Cross of the Beatitudes, an octagonal cross: the overlapping of four crosses, through some simple steps of simplification (Fig. 9), matches perfectly with the profile of the window (Fig. 10).

We proceeded simply considering the proper function of any window: enable the passage of light.

It should be noted that the window is set immediately above the extrados of the vault which obstructs the passage of light (Fig. 11).

It became necessary to use a 3D simulation, based on data derived from solar geometry formulas (Ricci, 2003). The light, passing through the single-lancet window, projects on the floor of the church a random shape which becomes well defined, at around 2 pm: a rectangle, which length and position along the longitudinal axis of the church change depending on the day. An attempt was made to identify which day this projection might have a particular meaning.

We found that the day is the 93rd, April 3, or 2 if it is a leap year (Fig. 12). On this day, at approximately 2 pm, the projection's length is one arm (0,58 m) and a precise point is detected: the intersection between the longitudinal axis and the step, normal to it, that separates the presbytery from assembly (Fig. 13). The point is simply the gnomonic projection generated by the appendage, located on the lintel of the window, to which no one had assigned a particular function so far. The architect not only wanted to find an area , but also a length and a point, on a precise day of the year14.

Discovered the function of the window, the study had to continue. We had to explain the meaning of that point, the reason of the length of the projection (0,58 m, one arm) and the reason of the day 93.

Looking at the plan of the complex, we can note that the distance of that point from the complex is 13.25 m; this measure coincides with the length of the long side of the church. Furthermore, that distance is exactly half of the complex (Fig. 14). We can explain the meaning of all this: the architects wanted to show how the church relates to the existing complex.

Starting from this point, considering half of 13.25 m and adding to this the projection length, 0.58 m, we get a measure equal to 7.20 m, exactly the size of the short exterior side of the church.

Using simple geometric rules related to the golden rectangle we developed the plan of the church, perfectly com- parable to the survey (Fig. 15).

Now we can understand the mean- ing of the peculiar orientation of the church that is not aligned to the tradi- tional East-West axis, but rotated 41.5° (Fig. 16).

Thanks to this orientation, the azi- muthal angle of the sun is such that the rays become perpendicular to the facade (Fig. 17).

Moreover, only with the slight eccen- tricity of the single-lancet window (6 cm off-axis, compared to the facade), at the expense of a imperfect composi- tion of the facade, at first glance an er- ror of laying, that particular projection on that specific day really happens.

We also can understand the reason of the level at which the window is set and its hight the height of the win- dow (the 4 superimposed crosses), the thickness of the drafts that define the teeth of the window (0,22 m) and the slight reduction in the thickness of the masonry15.

It remains unclear the reason of day 93.

We converted on the day of the Gre- gorian calendar to the Julian (effective at the time of construction): March 27, 26 if it is a leap year. This day is very close to the spring equinox, the day used to determine Easter day16. We proceeded looking for the years in which Easter fell on the 27 (or 26) April, the same period in which his- torians date the foundation of the church: it happened in year 1144 and 1155. In this way it is possible to re- duce the time span of the church dat- ing, from about a hundred years to just eleven.

It can be assumed that the architects wanted to combine Easter day with the consecration of the church, and with the end or the beginning of the building; but the study ends at this point, since the data in our possession do not let us to move on.

More 'suggestive' implications could be advanced, but they would be incon- sistent with the nature of the research. However, the study provides a basis for a subsequent study and for further contributions.

Conclusions

The research aims to understand any technological and constructive device of the church trying to explain some aspects that have not been analyzed so far. The interpretation of each device becomes the key to a full understand- ing of the monument: an operation focused on the enhancement of this architecture and its uniqueness.

With this purpose, within the com- plex, there will be an exhibition on the research, during the 'open courtyards and gardens event' in 2015, promoted by the 'Italian Historical Building' As- sociation.

The research, based on the explana- tion of the construction technology, provides useful tools for future resto- ration17: not just a survey, not a simple three-dimensional reconstruction, but a user manual which allows people to work on the monument in a techni- cally correct, respectful and conscious way. The work stands as a starting point for further contributions and becomes a method to be applied to the study of other monuments.

NOTES

1 Replacement of wooden structure of the roof of the church with a new reinforced concrete structure.

2 Administrative restrictive architec- tural monuments measure issued by Soprintendenza per i beni architetto- nici e ambientali di Siena with D.M. 21/04/1975.

3 Currently, the structure is in rein- forced concrete: concrete ridge beam poured in place and the secondary structure in precast joists for the sup- port of hollow tiles. The denticular single-lancet window on the entrance front and the oculus on the apse's front have prevented the construc- tion of a continuous curb: there are only two curbs on the longitudinal sides, set up on a brick superstruc- ture. The lack of structural continu- ity and toothing with the masonry and the high concentration of mass increase the seismic vulnerability of the church.

In addition, from a formal point of view, the intervention has changed the proportion of the ridge altering the appearance of the church.

4 Knight Orders were established in Jerusalem after its conquest at the end of XI century to protect the Holy Land.

5 The presence, on the ground, of a trace of a wall, stopping at a corner of the entrance front, suggests that the church was probably built on the original surrounding wall of the com- plex.

6 Contract of gift by Gottifredo di Arnolfo and Arnolfino di Cristofano, heirs of the founders, to the monks of the Abbey of San Michele in Poggio Marturi.

7 Papal bull by Gregorio X that con- firm to the Abbey of San Michele in Poggio Marturi its properties, of which the Church of Magione is part of.

8 Cabreo (paper with all the proper- ties) dated 16/10/1720 of Grand Pri- ory of Pisa.

9 We have analyzed all classes of tech- nological units: the foundations (eval- uation of the foundation system in relation to the type of soil), the walls (analysis of masonry's apparatus), the roof (analytical reconstruction of the original truss system, the intermedi- ate Piedmont roofing and the study of the current one in reinforced con- crete); the brick vault; the denticular single-lancet window.

10Thickness: 15 cm.

11 Thickness: 6 cm.

12 The absence of a transverse wall is made up for wooden props placed on the extrados of the vault. These cheap and light devices would have allowed to reduce the section of the ridge beam, costs and operations of main- tenance and replacement.

13 The holes on the internal sides of the church are interspersed at regular distances of about half arm (30 cm), approximately 10 cm from the intra- dos of the vault.

14 There are many other examples of solar projections, which usually oc- cur during the summer solstice or the spring equinox; but the particular shape of the projection that the win- dow determines does not matches with point-like projections of the usual solar devices.

15 The slight reduction in the thickness of the masonry, as measured at the centerline of the facade, is obtained by an offset of about 2 cm, on the en- trance wall, on the row of the lintel of the door. The offset is progressively reduced to zero at the extremes of the wall and goes almost unnoticed or however doesn't seem significant.

18 Ester is fixed on the first Sunday af- ter the first full moon, after the Spring Equinox.

17 The construction technique is es- sential for the implementation of res- toration interventions, since it allows to understand the meaning of the not arbitrary formal choices. In accord- ance with these choices, knowledge leads to conscious and respectful in- terventions on the monument.