Dopo la dismissione del precedente acquedotto di epoca romana, per almeno mille anni Pisa tornò ad usare l'acqua di pozzo anche se essa presentava diverse problematiche in termini di purezza e salubrità causate dal terreno paludoso.
Per risolvere il problema, Cosimo I de' Medici fece iniziare la progettazione di una condotta che captasse le fonti di Asciano Pisano e le portasse direttamente dentro le mura della città.Il progetto non ebbe buoni risultati, per cui si optò per un acquedotto a archi, più costoso ma più funzionale.
La nuova costruzione iniziò su iniziativa del granduca Ferdinando I de' Medici tra il 1588 e il 1592 e venne completata nel 1613.
L'acquedotto, composto da 954 archi su modello romano, fu attivo per circa tre secoli, fino al XX secolo quando ormai la portata dell'acqua non era più sufficiente a soddisfare le esigenze della città.
Ancora oggi l'acqua della Valle delle Fonti raggiunge la città di Pisa, seppur con moderne tecnologie, percorrendo una breve tratta dell'acquedotto.
Attualmente lo stato di conservazione dell'intera struttura in tutto il suo tracciato è varia ma mediamente scarso.
In vari punti dove l'acquedotto è crollato o artificialmente interrotto per questioni di viabilità, presenta mozziconi in evidente stato precario uniti da mezzane interrotte.
In anni recenti il Comune di Pisa, proprietario dell'acquedotto, ha portato a termine il restauro del "Cisternone", l'elemento di maggiore rilievo architettonico.





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