Edificio martirial de doble planta, siguiendo un diseño que proviene del mundo romano, en el que la parte inferior se dedica a enterramientos y la superior al culto. En España existen antecedentes al menos desde el arte paleocristiano ya que encontramos estructuras del mismo tipo en el Mausoleo de la Alberca en Murcia, Santa Eulalia de Bóveda en Lugo, aunque en este caso no se tratara de un edificio martirial, y la Cripta de San Antolín en Palencia, visigoda del S. VII. Este modelo llegará a su máxima expresión, dentro del arte altomedieval, en el palacio de Santa María del Naranco, construido también en Oviedo unos 50 años después que la Cámara Santa.
Aunque las crónicas de la época no la mencionan hasta la de Silos, de principios del S. XII, tanto su estructura y su aparejo, a base de sillarejo, como los de la torre de San Miguel, a la que La planta inferior, dedicada a Santa Leocadia, cuyos restos, junto a los de Santa Eulogia, fueron traídos posteriormente desde Córdoba por Alfonso III, es una nave rectangular de La planta superior, dedicada a San Miguel como era habitual en este tipo de edificios, consta de una nave y un ábside. Queda muy poco de la nave original ya que, como hemos comentado, fue modificada en el S. XII. Sabemos que era de mayor altura que el ábside y estaba cubierta por techumbre plana de madera. Sin embargo se conserva el presbiterio original y su
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| arco triunfal, sostenido sobre semicolumnas adosadas a una pilastra, con capiteles de influencia bizantina quizá de época anterior reutilizados. Este arco da origen a la bóveda de cañón en ladrillo que cubre la cabecera partiendo de una imposta corrida a lo largo de los muros laterales. En el fondo existe una ventana enmarcada por columnas entregas y capiteles con decoración del mismo tipo. En su interior se conservan las reliquias ofrecidas por los reyes asturianos a la Catedral de San Salvador, hoy desaparecida ya que desgraciadamente sobre ella se construyó en el S. XIV la actual catedral gótica. Se trata de uno de los conjuntos de orfebrería más significativos que se conservan de la alta edad media, que incluye piezas tan importantes como la Cruz de Los Ángeles (808), la Cruz de la Victoria, que Alfonso III mandó hacer en el castillo de Gauzón para la Catedral de Oviedo en el año 908 o la Caja de las Ágatas, regalada a la Catedral por Fruela II en 910. Este edificio, según la reconstrucción del conjunto palacial propuesta por V. Hevia después de las excavaciones, se supone estaba adosado a la torre que ocupaba el extremo
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