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Fino alla metà del secolo XIII la chiusa era probabilmente un semplice sbarramento di legno simile a una palizzata. La costituivano grossi pali di legno infissi sul fondo dell'alveo fluviale e collegati gli uni agli altri tramite traverse, ferle e funi di canapa. Non doveva essere particolarmente alta e probabilmente era rinforzata da grandi massi disposti a scogliera. Si trattava quindi di una struttura piuttosto vulnerabile, bisognosa di costanti e costose manutenzioni.
Per ovviare a tali costi, il Comune di Bologna fece costruire nel 1250 una chiusa in pietra più a monte della precedente in legno; a questo si aggiunse lo scavo di un tratto di collegamento fra la nuova struttura e il canale già esistente, detto "''ramus vetus''". Tali compiti furono gestiti da una commissione tecnica costituita dall'ingegnere Alberto, mastro Giovanni da Brescia, mastro Michele Delamusca e mastro Michele Lamandini. Il lavoro fu terminato nel 1278. Nonostante i buoni propositi, però, anche la nuova costruzione si rivelò bisognosa di frequenti manutenzioni, dovute alle piene del fiume e all'erosione causata dalle acque. Si hanno notizie di riparazioni eseguite negli anni 1288, 1289, 1294, 1295 e 1299<ref>{{Cita|Chierici, 2011|p. 24}} e {{Cita|Zanotti, 2000|p. 39}}</ref>. Interventi di riparazione riguardano periodicamente anche la vecchia chiusa lignea, forse considerata un impianto sussidiario, che fu ritenuta non più necessaria e quasi del tutto smantellata solo nel 1309.
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I ruderi della chiusa distrutta da Bonacolsi sono oggi ancora visibili a valle della chiusa attuale. Fino al 1985 erano ben più numerosi, ma in quell'anno furono in parte distrutti per un malinteso riguardante la sistemazione del fiume. I resti sono localmente chiamati "il Pracinino" (dal termine dialettale "''Prè-zinèn''", ovvero "prato piccolo") e "''i Masgnòn''" (i Macignoni). Osservandoli, è possibile inferire che la chiusa era un conglomerato di pietre e sassi legati da calce e ricoperti, su almeno parte dello scivolo della struttura, da pietra ofiolitica. Si notano anche i segni di una struttura di travi lignee, probabilmente impiegata per la sopraelevazione delle parti superiori della chiusa, e, nella calce, delle tracce di carbonella, che fanno pensare a fuochi accesi dagli operai nei momenti di sosta. La chiusa presentava gravi errori di progettazione, che la spinsero alla rovina nel 1325: la costruzione era eccessivamente lunga, sprovvista di elementi interni capaci di opporre resistenza a una forte pressione dell'acqua, e appoggiata direttamente sulla pietra, senza scavo di fondazione; le sue fondamenta affondavano infatti solamente in un alto e poco solido cuscino di ghiaia.
Nella successiva ricostruzione, indetta dal Legato Albornoz fra il 1360 e il 1363<ref>{{Cita|Chierici, 2011|p. 28}}</ref>, la chiusa fu ulteriormente spostata a monte di 200 m per sfruttare il naturale maggiore dislivello del terreno. Questa fu la sistemazione spaziale definitiva dell'impianto, che ancora oggi occupa quel sito; seguirono solo miglioramenti, aggiustamenti e rinforzi della struttura. Per esempio, Guglielmo da Siena apportò delle correzioni alla chiusa e al canale nel 1403. La chiusa di Casalecchio, così come il canale di Reno, può essere considerata campo di confronto per gli ingegneri idraulici bolognesi che, a ogni intervento, studiarono gli errori del passato per evitarne la ripetizione.
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