El ayuntamiento de Florencia consideró que la iglesia de Santa Reparata no era digna para las necesidades de Florencia, que por el 1300 estaba en pleno auge económico, artístico y mercantil. Esto hacía imperioso construir una catedral nueva . El primer proyecto se lo adjudicó Arnolfo di Cambio con una composición basilical con tres naves, con un gran octógono con cúpula y que a su vez estaba rodeado por tres capillas radiales. Debido a dificultades de construcción y a un avance muy lento en las obras el arquitecto Francesco Talenti amplió el octógono y la cúpula que lo coronaba. En 1417 la iglesia estaba terminada con excepción de la cúpula cuyo tamaño con un diámetro de 42 metros no tenía antecedentes. Acá aparece la figura de Brunelleschi que vence a su rival del momento el excelente Lorenzo Ghiberti en sendos concursos que se llevaron adelante entre 1418 y 1420 para construir la cúpula.La cúpula presenta un aspecto esbelto con perfil ojival debido a la curvatura de los 8 nervios de mármol blanco de 4 metros de espesor que se elevan hasta la cúspide. donde se unen en una estilizada linterna que diseñó Brunelleschi.. Las 8 caras de la cúpula están cubiertas por tejas rojas. Todo descansa sobre un tambor octogonal revestido de mármol con grandes ventanas circulares en cada uno de los ocho lados. La idea revolucionaria constructiva de Brunelleschi se basó en un sistema autoportante, planificó la cúpula como si fuera un cascarón doble octogonal con un espacio vacío en el medio. El cascarón interno era de ladrillo y piedras con la finalidad de ofrecer resistencia. para sostener el cascarón externo. El espacio vacío central fue diseñado para contener una esfera virtual para compensar la presión que se generaba hacia el interior originado una auto sustentación. Esto se lograba, además con hiladas de ladrillos colocados sucesivamente unos sobre otros, en cada hilada situó, a tramos regulares, series de ladrillos verticales que la finalidad que soportaran a los horizontales dispuestos entre ellos. Por lo tanto cada hilada era autoportante. Las presiones, como el empuje centrífugo que produce la base de la cúpula se solucionó por bloques de piedra que unían los dos cascarones. Desde el exterior nervios visibles reforzados por varias semi cúpulas coya función era la descarga.
La catedral era de estilo gótico y el interior muestra como el edificio lo conecta con el primer renacimiento. La nave esta cubierta por bóvedas de crucería las galerías horizontales son pesadas ylos frisos y las ventanas del octógono muestra la evolución del renacimiento. Las ventanas muestran el origen medieval de la catedral, ojivales y con incrustaciones de losas de piedras blancas y negras en las paredes característico de las iglesia florentina.
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