Katedral Firenze
Keretakan pada Kubah

Batu tanpa tulangan yang digunakan Brunelleschi untuk membangun kubah lemah dalam ketegangan yang menyebabkan retak ketika tegangan tarik melebihi kekuatan tarik batu yang terbatas. Material ini sangat rentan terhadap kerusakan akibat beban seismik karena heterogenitasnya dan banyaknya permukaan antara material yang berbeda (sambungan batu ke mortar).
Keretakan kubah diamati bahkan sebelum konstruksinya selesai. Kemungkinan retakan pertama disebabkan oleh gempa bumi yang kuat pada tahun 1453.
Bukti tertulis pertama tentang adanya retakan muncul dalam laporan oleh Gherardo Silvani tertanggal 18 September 1639 yang mengacu pada "peli" ("rambut"). Pada tahun 1694 Gianbattista Nelli dan Vincenzo Viviani mensurvei retakan dengan catatan Nelli bahwa ada dua retakan besar dengan lebar maksimum 29 mm (1,1 in). Mereka percaya bahwa retakan tersebut disebabkan oleh berat kubah, dan mengakibatkan dorongan horizontal pada pilar. Sebuah komisi yang dipimpin oleh Vincenzo Viviani melakukan penyelidikan pada tahun 1695 dan sampai pada kesimpulan bahwa keretakan tersebut disebabkan oleh beban mati bangunan, diusulkan agar kubah diperkuat dengan memasang empat sabuk besi besar; tiga di bagian luar kubah antara area terompet kubah dan jendela bundar, sedangkan yang keempat akan dipasang secara internal di jalan kedua di antara dua cangkang. Hal tersebut mirip dengan apa yang telah dilakukan pada kubah Basilika Santo Petrus di Vatikan. Setelah perdebatan panjang, diputuskan untuk meninggalkan kubah seperti semula.
Survei retakan paling lengkap pertama diterbitkan pada 1757 oleh Jesuit Leonardo Ximenes (1716–1786). Dalam dokumennya dia menjelaskan 13 tipologi crack yang berbeda. Pada tahun 1934, Pier Luigi Nervi, yang mengepalai komisi khusus yang dibentuk oleh Opera del Duomo untuk mempelajari retakan mengamati bahwa retakan terbuka dan tertutup seiring dengan musim. Di musim dingin, batu dan bata kubah akan berkontraksi menyebabkan retakan melebar sementara selama musim panas material akan mengembang dan retakan akan menutup. Sementara bangunan modern dengan desain menggabungkan sambungan ekspansi, kubah katedral tidak termasuk dan kemudian mengembangkan sambungan ekspansi sendiri dalam bentuk retakan yang memungkinkan struktur untuk "bernafas". Sampai saat ini mereka belum menyebabkan kerusakan parah pada kubah.
Pada tahun 1955, Opera del Duomo memasang 22 deformometer mekanis, yang dibaca empat kali setahun untuk mencatat variasi lebar retakan besar di kubah bagian dalam. Pada saat yang sama suhu internal dan eksternal kubah juga dicatat. Deformomtere tetap beroperasi hingga 2009.
Pada tahun 1975 sebuah komisi ditunjuk oleh pemerintah Italia untuk menjaga kubah. Pada tahun 1978, sebuah lembaga kebudayaan pemerintah memutuskan untuk merestorasi lukisan dinding tersebut. Brunelleschi meninggalkan empat puluh delapan lubang berukuran 600 mm (24 in) di dasar kubah. Mereka terbuka di bagian dalam dan ditutupi oleh kulit luar kubah. Sudah lama diasumsikan bahwa lubang-lubang itu hanya berfungsi sebagai tunggangan perancah yang digunakan saat lukisan dinding dilukis di bagian dalam kubah. Meskipun lubang-lubang tersebut mampu menopang perancah yang digunakan untuk pembuatan lukisan dinding di bagian dalam kubah, lubang tersebut tidak cukup kuat untuk jaringan perancah logam modern yang diperlukan untuk menyediakan akses bagi pekerjaan restorasi yang dilakukan pada lukisan dinding antara tahun 1979 dan 1995. Untuk memperkuat perancah, perusahaan swasta yang dikontrak untuk membangun perancah untuk pekerjaan tersebut diizinkan pada tahun 1982 untuk mengisi lubang dengan beton sehingga balok baja dapat ditambatkan di dalamnya.
Pada tahun 1985 arsitek lokal Lando Bartoli memperhatikan bahwa retakan tambahan terbentuk di sekitar lubang yang disegel. Diteorikan pada waktu itu bahwa di musim panas empat massa utama yang dipisahkan oleh retakan "A" meluas ke dalam celah, tetapi sekarang, di dasar kubah, massa tersebut muncul melawan beton keras yang sekarang mengisi 48 lubang. sebagai tumpuan yang menyebabkan energi yang pernah hilang dengan penutupan celah dan ke dalam lubang dipindahkan ke area atas kubah. Namun analisis oleh Andrea Chiarugi, Michele Fanelli dan Giuseppetti (diterbitkan pada tahun 1983) menemukan bahwa sumber utama retakan adalah efek beban mati akibat geometri kubah, beratnya (diperkirakan 25.000 ton) dan resistensi yang tidak memadai dari balok cincin, sedangkan variasi termal, telah menyebabkan beban lelah dan dengan demikian memperluas struktur. Ini adalah mekanisme keruntuhan yang terkenal khas dari struktur kubah: penurunan bagian atas struktur karena beratnya sendiri dengan dorongan horizontal yang signifikan pada elemen bantalan.
Pada tahun 1985 sebuah komisi yang dibentuk oleh Kementerian Kebudayaan dan Warisan Monumental Italia menerima teori ini. Perdebatan tentang pengisian lubang perancah akhirnya diselesaikan pada tahun 1987 ketika ditunjukkan bahwa penutupan 48 lubang tidak berdampak pada perluasan dan penyusutan kubah. Sebuah survei yang diselesaikan pada tahun 1984 menghitung total 493 retakan dengan berbagai ukuran, diurutkan ke dalam kategori yang diidentifikasi dengan huruf "A" sampai "D". Kategori tersebut ialah sebagai berikut:
Tipe A. Ini adalah retakan besar sub-vertikal yang dimulai dari balok cincin dan berlanjut ke atas kira-kira dua pertiga tinggi kubah; mereka melewati baik lapisan internal dan eksternal dari web genap dan kisaran ketebalannya dari 55 mm (2,2 in) hingga 60 mm (2,4 in) (web 4 dan 6) dan 25 mm (0,98 in) hingga 30 mm (1,2 di) (jaring 2 dan 8). Kubah memiliki delapan jaring yang diberi nomor berlawanan arah jarum jam dari 1, yang menghadap bagian tengah utama katedral. Ini secara efektif membagi kubah menjadi empat bagian dan tidak pernah menutup sepenuhnya di musim panas. Ada teori bahwa plester digunakan untuk menambal retakan selama bertahun-tahun dan bahan bangunan yang runtuh telah menyumbat retakan.
Tipe B. Retakan kecil sub-vertikal ini terletak di dekat jendela bundar.
Tipe C. Ini adalah retakan kecil sub-vertikal yang ada di sekitar delapan sisi kubah.
Tipe D. Ini adalah empat retakan kecil sub-vertikal di bagian dalam jaring ganjil. Mereka tidak melewati lebar kubah.
Semuanya telah terbentuk dalam pola yang simetris.
Perkembangan retakan Tipe "A" berarti bahwa kubah sekarang secara permanen berperilaku sebagai empat setengah lengkungan yang melayang yang terhubung di bawah oculus atas. Penyangga dari setengah lengkungan ini dibentuk oleh pilar, kapel, dan bagian tengah gereja. Perbedaan pola retakan antara jaring genap dan jaring ganjil diduga karena variasi kekakuan struktur balok penyangga cincin di bawah kubah karena ditopang oleh empat tiang berat yang berjejer dengan jaring genap sedangkan jaring ganjil adalah terletak di atas empat lengkungan yang menghubungkan pilar.
Pada tahun 1987 sistem digital kedua dan lebih komprehensif (yang mengumpulkan data secara otomatis setiap enam jam) dipasang oleh ISMES (bekerja sama dengan "Soprintendenza", cabang lokal dari Departemen Kebudayaan, yang bertanggung jawab untuk konservasi semua monumen bersejarah di Florence) pada tahun 1987. Ini terdiri dari 166 instrumen, di antaranya adalah 60 termometer yang mengukur pasangan bata dan suhu udara di berbagai lokasi, 72 transduser perpindahan tipe induktif (deformometer) di berbagai tingkat pada celah utama kubah dalam dan luar; delapan garis tegak lurus di tengah setiap jaring, yang mengukur perpindahan relatif antara pilar dan ruang depan; delapan livellometers dan dua piezometers, satu di dekat web 4 dan yang lainnya di bawah nave yang mencatat variasi ketinggian air bawah tanah. Sebuah analisis regresi linier dari data yang direkam menunjukkan bahwa retakan utama melebar sekitar 3 mm (0,12 in) per abad. Sumber lain mengutip pergerakan 5.5mm.
Menggunakan perangkat lunak yang telah digunakan untuk memodelkan struktur bendungan besar, model komputer kubah dikembangkan pada tahun 1980 dalam kolaborasi antara Badan Tenaga Listrik Italia dan Pusat Penelitian Struktural dan Hidraulik (CRIS) oleh sekelompok peneliti yang dipimpin oleh Michele. Fanelli dan Gabriella Giuseppetti bekerja sama dengan Departemen Teknik Sipil Universitas Florence, di bawah pengawasan Andrea Chiarugi. Karena sumber daya komputasi yang terbatas dan karena alasan simetri, hanya seperempat kubah yang dimodelkan. Analisis elemen hingga yang dihasilkan menegaskan bahwa retakan utama pada dasarnya diciptakan oleh berat sendiri kubah. Sejak itu serangkaian model numerik dengan kompleksitas yang semakin meningkat telah dikembangkan. Untuk membantu pemantauan kubah, survei fotogrametri dan topografi ekstensif dari seluruh kubah dilakukan pada tahun 1992 oleh "Soprintendenza". Hasil survei ini kemudian digunakan untuk mengembangkan lebih lanjut model elemen hingga kubah.