A partire dal XVI secolo, per l'accrescimento della città e renderla definitivamente al sicuro dagli attacchi di eserciti nemici, fu ideato il progetto di un nuovo impianto murario, i cui lavori ebbero inizio nella prima metà del 1500; fu realizzata innanzitutto la “tagliata”, un anello di circa 800 mt completamente libero da edifici, alberi e arbusti per creare spazio e garantire massima visibilità e, con l'intervento dei maggiori architetti ed ingegneri italiani e stranieri, fu portato a compimento il progetto definitivo.
Le mura furono realizzate con la tecnica dei “terrari”, un metodo innovativo rispetto alla tradizione, combinando materiali artificiali e organici: la struttura è basata su una grande massa di terra pressata e battuta, racchiusa da mattoni e pietra con un'inclinazione esterna funzionale a smorzare le cannonate.
La costruzione dei terrapieni fu supervisionata da Vincenzo Civitali, il quale evidenziò la loro importanza per resistere alla forza e alle vibrazioni delle armi da fuoco. Sul camminamento furono inoltre piantati numerosi alberi con la duplice funzione di consolidare la struttura tramite l'azione delle radici e quale riserva di legna da ardere in caso di assedio.
Alla cinta muraria fu aggiunta la costruzione dei Baluardi, vere e proprie strutture difensive a forma di “foglia” atte a vigilare sulla sicurezza della città con sentinelle e segnalazioni acustiche notturne e proteggere le porte con le cannoniere poste al loro interno. Le casermette invece, edifici di varia dimensione presenti in prossimità delle porte e dei baluardi, erano strutture di varia dimensione destinate a ospitare milizie e armamenti in caso di assedio.
Tuttavia la macchina difensiva lucchese non entrò mai in funzione per eventi bellici: la massima allerta scattò solo una volta nel novembre del 1642 per il passaggio da Altopascio di truppe parmensi, senza però dare inizio a scontri. Entro il 1650 si conclusero quindi i lavori con la costruzione della nuova Porta S. Donato e il raccordo ad essa dei due baluardi più vicini.
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