Filippo Brunelleschi empezó en el 1420 la construcción de la CUPOLA. El diametro interno (m. 41,50) está cerca del límite máximo para cualquier tipo de bóveda en albañilería. En vez de recuperar técnicas yá utilizada, Brunelleschi inventó una técnica basada en sus conocimientos de la «manera de construir» de los Romanos que él puso al servicio de un nuevo concepto y consideró otros problemas técnicos, culturales y estéticos, en la realización de la cúpula. La construcción de la bóveda dependió básicamente del uso de una técnica de construcción capaz de evitar cualquiera discontinuidad peligrosa en la albañilería (27.000 toneladas). La cúpula fue construida así como si fuera una construcción autosuficiente. La bóveda es asombrosamente moderna: en esta doble concha, la cúpula exterior más ligera protege la cúpula interna contra los elementos, mientras los dos trabajos estan junto gracias a las costillas que las conectan. Terminado en 1436, la cúpula es el mayor elemento del horizonte florentino, símbolo de una gran tradición cultural y del conocimiento cívico de la ciudad. El interior de la cúpula ha sido adornado por Giorgio Vasari (1511-1574) y Federico Zuccari (c. 1540-1609) con un fresco enorme que representa el Juicio Universal.
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