Edilizia e costruzioni
Edilizia e costruzioni
di Konrad Wachsmann e Elio Giangreco
EDILIZIA E COSTRUZIONI
Costruzioni in acciaio di Konrad Wachsmann
sommario: 1. Introduzione. 2. Punti nello spazio. 3. Armature in acciaio. 4. Storia. 5. Il Palazzo di Cristallo. 6. Industrializzazione. 7. Macchine. 8. Il fabbricante di utensili. 9. Mutamenti dei tipi di attività. 10. Sistemi. 11. Energia. 12. Calore. 13. I materiali. 14. Moduli. 15. Una struttura che definisce lo spazio. 16. Un sistema strutturale nello spazio. 17. Economia e mercato. 18. Informazione interdisciplinare. 19. Novus ordo seclorum. 20. Conclusioni. □ Bibliografia.
1. Introduzione
Costruire è energia e movimento nello spazio e nel tempo. I postulati e i principî che sono alla base degli attuali concetti di spazio e funzione sono direttamente determinati dai mezzi a disposizione. Questi sono parte integrante dell'ambiente creato artificialmente dall'uomo e rappresentano la controparte delle strutture e delle funzioni naturali.
Vasti spazi aperti e liberi di dimensioni relativamente illimitate e la sovrapposizione di spazi in numero relativamente illimitato costituiscono alcuni tra i caratteri più significativi dell'attività costruttiva contemporanea. Nuovi concetti di massa nell'ambito dei moderni sistemi di distribuzione delle strutture danno luogo a nuove situazioni. Una struttura è costituita dall'insieme di scheletro, involucro, componenti e sistemi meccanici. L'immutabilità cederà sempre più il passo a metodi che permetteranno una continua adattabilità alle esigenze di una società in continua evoluzione.
Costruire significa non soltanto comporre, ma anche scomporre e ricomporre. Tuttavia non esiste ancora un termine descrittivo idoneo a definire la nuova tecnologia delle costruzioni. Per rispondere a questa e a molte altre esigenze è necessario un completo e radicale esame del significato di tali nuove circostanze. Il risultato è l'applicazione di nuovi mezzi e nuovi procedimenti che conducono all'utilizzazione di materiali da costruzione di produzione industriale componibili in sistemi universali in qualsiasi combinazione.
La progettazione di spazi individualmente strutturati è precostituita dalla funzione del processo industriale che è alla base di un dato sistema. Si deve dedicare grande attenzione a quei fattori che conferiscono forma e figura all'elemento costruttivo anonimo, il prodotto. Lo sviluppo dei dettagli non dovrebbe seguire la progettazione concettuale di una specifica costruzione: al contrario, la scelta ditali dettagli dovrebbe precedere la concezione generale del progetto.
2. Punti nello spazio
I concetti costruttivi convenzionali vengono gradatamente meno allorquando si comincia a parlare di armature in acciaio entro una configurazione dello spazio come di cellule modulari liberamente ideate o di sistemi di ‛punti nello spazio' strutturali, connessi tra di loro con linee strutturali e distribuiti su una geometria lineare, piana o tridimensionale. Tali sistemi non sono necessariamente confinati entro i limiti della geometria euclidea, ma possono anche avere proprietà curvilinee miste. La funzione di ciascun componente strutturale, o di ogni ulteriore aggregazione di un ‛punto nello spazio', si rivelerà soltanto mediante la sua posizione in rapporto ad altri aggregati. A differenza di una trave a forma di I, che è un prodotto da costruzione lineare e utilizzabile in modo autonomo, ciascun ‛punto nello spazio', o parte di esso, non ha significato proprio, ma è utile soltanto per la sua relazione funzionale con le altre parti del sistema generale.
3. Armature in acciaio
Ogni struttura, o progettazione strutturale, soggetta alle leggi fisiche e alle loro funzioni strutturali, può essere ritenuta, in un modo o nell'altro, un sistema continuo di intelaiature strettamente legato in tutte le direzioni: cioè un sistema chiuso di armature.
L'elementare nozione di sistemi di armature in acciaio per certi sistemi determinati o indeterminati, strutture in compressione o in tensione, o piane, statiche o dinamiche, ecc., può essere rimessa in discussione o quanto meno dipendere dall'interpretazione che si dà del concetto di ‛armatura'. Per ragioni di semplicità il termine ‛armatura' sarà qui assunto come simbolo di una categoria.
Un ‛punto nello spazio' è identificato dall'intersezione di tre moti lineari lungo gli assi x, y, z. La connessione lineare di tre ‛punti nello spazio' costituisce il minimo nucleo di un'armatura. Ma questa armatura costituirà soltanto una configurazione bidimensionale fra punti e un sistema spaziale a tre dimensioni. Se armature di forma e tipo indeterminati sono collegate con altre armature, allora esse creano caratteristiche funzionali tridimensionali, come appare per esempio evidente in un ‛sistema di strutture spaziale'. Il tetraedro che ne risulta, da intendersi qui soltanto in senso astratto, è un esempio che descrive la relazione nella quale le armature (in questo caso le armature in acciaio) devono essere poste.
Per quanto concerne la scala e le dimensioni, nonché i lineamenti generali, tutto ciò che è insito in concetti globali o parziali sarà applicabile a condizioni, dimensioni e caratteristiche di comportamento strutturale a microscala e macroscala. Pertanto, ‛punti nello spazio' che si addizionino o si ripetano in gran numero senza mai mutare le proprietà della loro specifica forma o dimensione o distanza, rifletteranno già la struttura nel suo insieme.
La trasformazione di queste ipotesi teoriche in una realtà tangibile e che possa trovare applicazioni suggerisce il riconoscimento di questa svolta nell'arte della costruzione; svolta che, vista sotto un profilo storico, dovrà condurre verso una nuova direzione. Innovazioni, ricerca e sviluppo non sono più soltanto incorporate nella pianificazione e progettazione di costruzioni o strutture (il ‛prodotto finito'). Al contrario, si può avere un processo secondo cui ciascuna parte può essere prodotta e utilizzata individualmente. Gli specifici risultati che ne derivano definiranno anche i confini della possibile progettazione.
L'uomo e il suo ambiente sono entrambi, e nella stessa misura, esposti a modifiche e mutamenti. Pertanto, l'uomo non è necessariamente in condizione di stabilire un giudizio di valore qualificandolo come un'indiscutibile conditio sine qua non. Egli deve sempre essere pronto ad adattarsi a nuove funzioni dell'ambiente, a nuove intuizioni che egli deve costantemente modificare in modo da renderle utili per sé. Analogamente, le sue idee fondamentali da cui derivano le leggi del costruire saranno modificate in base alla sua consapevolezza e alle sue reazioni allo sviluppo scientifico e tecnologico.
4. Storia
Nella storia delle costruzioni la mentalità è spesso mutata in relazione ai tempi e ai luoghi. Tuttavia, il presente è il risultato di condizioni che non hanno alcun rapporto con le cause dei mutamenti che si verificarono in passato. Queste nuove condizioni ci costringono a riconoscerle per quello che sono: le premesse fondamentalmente diverse che determinano il presente.
Non è questo il luogo in cui si possa esaminare che cosa condusse, in definitiva, alle contraddizioni del XIX secolo che ebbero un enorme effetto sulla fioritura del periodo postvittoriano. Importanti e decisivi progressi, fino ad allora ristretti allo studio dei fenomeni fisici, furono conseguiti simultaneamente nel campo delle scienze, del controllo dell'energia e della tecnologia. Allora sorse gradualmente una concezione globale della tecnologia e cominciò a rimpiazzare quella dell'artigianato. La continua espansione del processo di industrializzazione diede forma ai concetti originati dalle nuove possibilità, sia in senso concreto, sia astratto. Questi fatti spiegano le singolari circostanze del presente che non conseguono da indirizzi ideologici o arbitrari del gusto.
Dal XIX secolo, così ricco di forze creative, noi possiamo imparare quanto radicalmente il futuro, intravisto e sperimentato, ma non ancora del tutto accettato, fu tradotto nelle scoperte e in quasi tutte le invenzioni di cui si serve o da cui è governato il XX secolo.
5. Il Palazzo di Cristallo
Una struttura architettonica in vetro rivelò una volta per tutte che le leggi classiche improvvisamente avevano perduto il loro significato. Si può asserire con certezza che nessuna costruzione del XIX secolo ebbe, e probabilmente ancora ha, un'influenza maggiore del Palazzo di Cristallo, costruito nel 1851 in occasione dell'Esposizione universale di Londra, concepito e progettato da J. Paxton. Egli avvertì anche l'importanza dell'industrializzazione. Ciò che lo guidò nella formulazione dei principi di progettazione fu la tecnica di produzione e la possibilità della sua applicazione universale. Ciò si deduce facilmente dal modo in cui diversi suoi progetti si svilupparono partendo da meticolosi studi di ricerca sui materiali, sui metodi di produzione, sullo sviluppo di dettagli e sui sistemi globali di costruzione. Una volta risolti questi problemi, gli elementi di costruzione finiti erano pronti per essere composti in ogni combinazione per ogni dato scopo. Ciò costituiva di fatto una scoperta interamente nuova e genuinamente creativa.
Ogni cosa doveva essere solo adattata elasticamente alla propria particolare funzione. Le dimensioni formali non avevano più alcuna importanza. L'edificio doveva solo assolvere perfettamente la propria funzione e da ciò scaturivano le sue proporzioni. Le dimensioni erano determinate dal numero dei componenti unitari usati e la costruzione sarebbe potuta risultare, a piacimento, più grande o più piccola o più larga. Si è qui di fronte a uno dei più elementari problemi che determina oggi, e ancora di più determinerà in futuro, la revisione delle idee classiche a proposito delle proporzioni delle costruzioni. L'intenzione di Paxton, in un periodo chiaramente sensibile alle nuove potentissime influenze, era di applicare queste una volta per tutte ai problemi del momento. Egli non cercava né la forma immutabile né l'individualità.
Fra il 1837 e il 1840 egli aveva già costruito a Chatsworth una serra di dimensioni senza precedenti. Essa aveva la forma di un sistema di superfici piegate e curvate, costruite interamente in ferro e vetro. Ogni elemento era standardizzato, prefabbricato e determinato dai processi impiegati per sviluppare non soltanto gli strumenti - macchine e attrezzi utilizzati per fabbricare gli elementi costruttivi - ma anche gli stessi materiali da costruzione. Il risultato fu tanto più notevole se si considera che ciò avvenne in un'epoca in cui, in generale, era impossibile immaginare che qualcosa potesse essere più importante della forma.
Il progetto di Paxton consisteva non soltanto in un'esatta descrizione di tutti gli elementi costruttivi, dei metodi per fabbricarli e della maniera di comporli in un sistema anonimo, ma anche in un'ordinata programmazione delle fasi di costruzione.
Queste precise proposte indicarono la superiorità del suo lavoro e segnarono il confine fra due epoche radicalmente differenti nella storia delle costruzioni. Ciò che affascina è, oltretutto, il fatto che tutta la struttura era realizzata interamente mediante parti relativamente insignificanti e semplici. L'edificio era concepito secondo uno schema modulare basato sulle distanze fra le linee di mezzeria dei supporti. Le armature soggette a carichi consistevano di colonne cave standardizzate di ghisa e di diaframmi orizzontali costituenti travature. Il diametro esterno di queste colonne era sempre lo stesso, ma lo spessore delle loro pareti variava a seconda del carico da sostenere. In tal modo fu possibile produrre in serie il sistema di sostegno per le travature, nonché le colonne, di dimensioni standard. Le armature erano di tre tipi: armature in ghisa, armature in ferro battuto e armature in legno. Le connessioni con le esili colonne di ghisa, invece dei tradizionali capitelli, presero la forma di giunti standardizzati, distribuiti uniformemente nell'intero edificio come ‛punti nello spazio'.
Il tetto era costruito con pannelli di vetro di dimensioni standard, pari alle massime dimensioni che l'industria era in grado di produrre a quell'epoca; i pannelli erano poggiati sull'intera area del tetto in modo da formare una superficie ondulata. La costruzione di questo vasto edificio, che aveva una lunghezza di circa 565 metri e copriva un'area di circa 74.500 metri quadrati, si ridusse a un semplice montaggio di elementi costruttivi prefabbricati, standardizzati e rifiniti. Non vi fu spreco o rimanenza di materiale sul luogo. Ricerca e sviluppo raggiunsero un così alto livello di perfezione da rendere possibile la costruzione dell'edificio in meno di quattro mesi, inclusi tutti gli infissi, le scale, le porte, le finestre e tutte le installazioni meccaniche di ogni genere. Come parte naturale del processo di progettazione, Paxton e i suoi collaboratori inventarono tutti gli strumenti per la produzione, il collaudo, il trasporto e la costruzione per tutto quanto riguardava sia la fabbricazione che il montaggio degli elementi. Dopo parecchi anni l'edificio fu smontato e ricomposto in un posto diverso e con una forma diversa, senza alcuna perdita di materiali.
Paragonato allo stile allora prevalente, questo edificio appare molto lontano dallo spirito di quell'epoca, sebbene fosse stato interamente determinato da esso: un simbolo del nuovo spirito dei tempi. Da ‛ragione' e ‛logica', utilizzando tutti i mezzi della nuova era della tecnologia, sorsero ‛funzione' e ‛forma' quali mai precedentemente erano state applicate, apprezzate o sperimentate.
6. Industrializzazione
Così come il Palazzo di Cristallo di Paxton divenne una realtà, ora è l'industrializzazione a divenire una realtà, che non può più essere ignorata o trascurata. Essa deve essere posta al centro di tutte le considerazioni e, di conseguenza, richiede una corrispondente chiara definizione di tutti i concetti architettonici della costruzione. L'industrializzazione non deve essere erroneamente applicata come un accessorio per la realizzazione di idee concepite indipendentemente da essa. Essa può essere solo intesa come causa diretta che dà la sua impronta a ogni sviluppo, così come ha già dato la sua impronta alla società.
La storia della rivoluzione industriale ha mostrato come questi nuovi avvenimenti hanno non solo mutato i principî di comprensione delle funzioni e delle applicazioni, ma come, conseguentemente, hanno cambiato l'intero comportamento della società. I fattori politici, sociali, economici, scientifici o tecnologici appaiono ora in un nuovo contesto di mutua integrazione.
7. Macchine
Questa improvvisa svolta verso una nuova direzione è stata essenzialmente innescata dalla disponibilità dell'energia elettrica, che ha fatto della macchina lo strumento della nostra epoca.
Macchine, automazione, produzione in serie, materiali sintetici, sistemi di alta precisione e sistemi di elaborazione dei dati, nonché i condizionamenti di mercato, sono solo alcuni temi scelti a caso fra la massa di nuove prospettive offerte alla produttività. L'era attuale è dominata dalla proliferazione di conoscenze e di scoperte, e ormai dovrebbe essere soltanto questione di tempo la generale accettazione dei nuovi principî circa significati e ordinamenti. Il compito è ora quello di distinguerli e di comprenderli in tutta la loro potenzialità e servirsene, padroneggiandoli, come dello strumento supremo dell'attività creativa. Si è estesa enormemente la cerchia dei problemi che richiedono una risposta inequivoca determinata dal tempo o determinante il tempo. Tali problemi tendono ad avere soluzione lungo le linee tracciate dalla scienza e dalla tecnologia, di gran lunga più potenti nel loro effetto dell'intenzionale perseguimento di fantasmi estetici.
I diversi campi della conoscenza sono divenuti troppo complessi e troppo strettamente e immediatamente correlati e quindi troppo delicati per consentire scappatoie o scorciatoie. L'industrializzazione non è un gioco o una moda passeggera, ma è uno strumento di costruzione che deve essere accettato e padroneggiato con perizia.
Il progettista, nell'attuale stato di continuo mutamento, deve rendersi conto che un progetto è intimamente connesso con la programmazione e l'invenzione dei procedimenti costruttivi. Di conseguenza, la macchina, riguardata come uno strumento, deve rientrare nei calcoli sin dal primo istante in cui un progetto prende forma. Caratterizzare la macchina come uno strumento individuale o, in combinazione con altre, come parte di un intero processo di produzione, conduce direttamente a valutare la potenzialità dell'intero sistema produttivo.
Una macchina non è uno strumento manuale che sia stato ingrandito o automatizzato. La macchina è una combinazione di quattro funzioni: l'involucro, la sorgente di potenza, lo strumento e il meccanismo di alimentazione e scarico. La medesima differenza che passa tra la bottega artigiana e la fabbrica sussiste tra differenti tipi di macchine che effettuano predeterminati cicli di lavoro in serie. Teste di percussione, stampi, presse, punzonatrici, tagliatrici di ogni tipo, forgiatrici e così via sono gli strumenti di oggi. Costruzione di strumenti, tecniche di lavorazione automatizzate per produzione rapida in serie, montaggio di macchinari in complessi sistemi di integrazione ed esercizio di questi controllato da adatti calcolatori, metodi di misura ad alta precisione per il controllo continuo del materiale, metodi progrediti di collaudo ecc., aprono nuove tecnologie applicative se esistono le corrispondenti richieste di mercato.
Per esempio, la differenza fra semplicità e complessità necessita di una completa riconsiderazione alla luce delle relazioni fra l'azione cinetica della macchina e lo strumento manuale. La reazione della macchina a ogni compito entro il suo campo di possibilità è neutrale. E questo apre nella progettazione nuove strade per concepire la semplicità attraverso la complessità. La possibilità che hanno le macchine di ripetere rapidamente e indefinitamente le operazioni cicliche consente di creare forme e funzioni estremamente complesse che, prodotte in serie, possono risultare altrettanto economiche quanto la più semplice delle forme. Questa è di fatto una delle caratteristiche più essenziali dell'industrializzazione, che permette di analizzare problemi nei modi più completi e complessi. Conseguentemente, combinazioni di processi creano prodotti di straordinaria perfezione, inimmaginabili senza l'esistenza della funzione cinetica ripetitiva delle macchine. Una delle molte conseguenze che ne derivano è, per esempio, che gli oggetti solidi possono essere suddivisi in elementi più piccoli e che tali elementi possono a loro volta essere suddivisi in parti ancora più piccole. Una struttura massiccia può essere trasformata in un sistema di parti composte come una filigrana, che distribuisce la massa entro una rete di elementi portanti (‛punti nello spazio') di grande leggerezza e robustezza.
In generale, l'industria delle macchine corrisponde alle richieste del mercato costruttivo convenzionale del momento. Pertanto non è in grado di fornire procedimenti o macchine per la produzione di componenti per la costruzione industrializzata fino a quando tali prodotti non siano entrati nell'uso in modo sufficiente a garantire un adeguato mercato permanente. È per questo motivo che, almeno per un prossimo lasso di tempo, la progettazione degli strumenti e l'invenzione di nuove tecnologie di produzione dovranno essere parte integrante del processo di progettazione dei sistemi costruttivi.
8. Il fabbricante di utensili
Il fabbricante di utensili, con il quale e per il quale progettisti e architetti devono imparare a lavorare, non usa più ormai i convenzionali strumenti di misurazione. Egli usa strumenti di alta precisione per dare la forma ai suoi utensili e questi divengono essi stessi macchine di precisione. Lavorando semplicemente sull'utensile formativo, egli crea indirettamente i prodotti finiti senza neppure vederli. In un certo senso, il fabbricante di utensili è un artigiano del tutto universale: egli costruisce utensili per qualunque materiale grezzo e per ogni scopo poiché il prodotto finale è già definito come un ‛positivo' di cui l'utensile è il ‛negativo'. Se si analizza il significato di ‛originale' e di ‛copia', si può trovare che il vero originale è l'utensile inserito nella macchina. Ne segue che il prodotto formato dal materiale grezzo con l'ausilio dell'utensile può essere soltanto una copia. Ciò suggerisce un confronto con il processo fotografico in cui l'originale, il negativo, può produrre qualunque numero di copie positive. L'utensile è in questo caso l'apparecchio fotografico, mentre è la macchina quella che stampa le copie.
L'industrializzazione presuppone che il prodotto e la sua fabbricazione costituiscano una singola unità che, mediante un'interazione fra negativo e positivo, controlli il risultato precostituito. Ci si può per di più render conto del significato completamente nuovo del concetto di utensile, allorquando quest'ultimo venga utilizzato come parte automaticamente controllata di una macchina.
La natura ha fornito l'uomo di un preciso istinto per inventare e usare gli utensili. I livelli di cultura di tutte le epoche sono stati determinati in base agli strumenti che i maestri artigiani furono in grado di sviluppare e applicare. Si delinea ora una nuova situazione, in conseguenza della disponibilità di grandi energie e dell'invenzione di meccanismi e macchine precedentemente sconosciuti. Pertanto, lavorando anonimamente e senza contatto con il prodotto finale, il fabbricante di utensili sostituisce l'opera di tutti gli artigiani: è nata così una nuova specializzazione.
9. Mutamenti dei tipi di attività
Ma anche l'attività dell'operatore, ingegnere, architetto, operaio, muterà completamente. Ciò è dimostrato dal sorgere di una élite di fabbricanti di strumenti altamente specializzati, di operatori di programmi computerizzati, di tecnici di meccanica fine, nonché dalla trasformazione dell'artigianato specialistico in manovalanza generica. Questi processi di trasformazione costituiscono seri problemi di cui sindacati e governi dovranno abbastanza presto rendersi consapevoli per superare la situazione transitoria del presente.
Conseguentemente, per assicurare la manodopera specializzata per la nuova generazione, si deve anche riconsiderare la struttura delle istituzioni didattiche, dalla scuola elementare fino all'università. Ciò è di particolare importanza se si tiene conto della natura interdisciplinare di tutta la rosa di obiettivi in gioco. Senza contare, naturalmente, il grande compito, egualmente importante, di informare e ragguagliare il pubblico, che è l'utente. La società e chi la governa devono capire ragioni e cause in modo da essere preparati e propensi ad accettare gli effetti e a identificarsi con ciò che sarà di conseguenza offerto e reso disponibile.
La fine del XX secolo può essere considerata una fase di transizione fra il XIX e il XXI secolo. I governi devono rendersi conto adesso che costruire è più che mai un serio problema politico e sociale e che le decisioni legislative in campo politico devono avere più influenza sulla ‛programmazione' del prodotto finito di quanta non ne abbia il progetto del prodotto.
Il XXI secolo probabilmente presenterà, come conseguenza di cambiamenti così radicali, un nuovo stile di esistenza, nuovi modelli di vita, nuovi concetti di spazio. Un nuovo linguaggio stilistico universale, una nuova forma di espressione personale possono sorgere e infine elevarsi al più alto e più puro livello, nell'arte della costruzione intesa non come un congelato status quo, ma come lo specchio del più profondo subconscio di una nuova cultura che si riflette nelle proprie costruzioni. Si irradia una nuova civiltà che crescerà e cambierà, e crescerà e cambierà di nuovo in continuazione.
Questo discorso serve a far capire quanto sia difficile, in un momento come questo, pieno di incomprensioni, di preconcetti, di mancanza di obiettività, trattare analiticamente scelte non univocamente determinate o problemi come, ad esempio, le armature in acciaio, le strutture in acciaio, i sistemi spaziali, i sistemi di costruzione o i sistemi urbani. La ‛forma' (Gestalt) non può basarsi su simpatie o antipatie frutto di reazioni individuali. Progettazione e processo di realizzazione non possono avere un punto di partenza arbitrario e intermedio: costruire è tutto, oppure non si costruisce nulla.
È per questo motivo che è opportuno a questo punto soffermarsi su una panoramica generale per descrivere le condizioni in cui il progettista deve elaborare le proprie concezioni. Ogni cosa deve assolvere la sua funzione nell'ambito di ampi sistemi generali di pianificazione. Anche la più piccola variazione di una parte si riflette sul tutto; ma il tutto non è soltanto, ad esempio, la struttura di un'armatura in acciaio, ma è parte di altri aggregati minori o maggiori e, in definitiva, parte di un sistema sociale che si manifesta nell'azione reciproca fra le leggi umane e le leggi naturali.
10. Sistemi
La struttura della natura è prevedibile perché è basata su ‛sistemi'; allo stesso modo le invenzioni dell'uomo, la sua creatività, la sua opera ecc., dovrebbero essere prevedibili. In questo contesto l'analisi del tecnico relativa alla distribuzione e funzione degli sforzi in un sistema strutturale armato generante spazio è soltanto una parte della ricerca finalizzata a tale obiettivo. La progettazione di nuovi sistemi costruttivi è, in fondo, non difficile. Ma la progettazione di una metodologia funzionale che utilizzi tutte le risorse conoscitive disponibili è molto più complicata, perché essa deve poter rispondere a tutti i problemi. Tali problemi, come è già stato detto e non potrà mai essere ripetuto abbastanza, sono di natura politica, sociale, economica, scientifica, tecnologica, biologica e così via.
All'inizio dell'era moderna - la cosiddetta ‛era industriale' - l'alchimia del Medioevo si tramutò in scienza, attraverso la logica deduttiva e la filosofia. Pitagora, che ispirò il costruttore del Partenone, potrebbe essere oggi, parlando simbolicamente, Albert Einstein. E, di nuovo, una trasformazione progressiva muta la matematica, mediante nuove concezioni del moto, del tempo e dello spazio, in fisica nucleare. Mediante impulsi elettrici, i sistemi numerici, sostituiti da metodi binari semplificati, sono diventati cibernetica: una nuova nozione, un nuovo linguaggio comunicativo.
11. Energia
Nella storia delle costruzioni i criteri di progettazione sono sempre stati condizionati dai limiti delle disponibilità di energia, ottenibile praticamente sfruttando, per es., la potenza del vento o dell'acqua, oppure semplici dispositivi fondamentali come leve, argani, carrucole, ecc. Non sempre è facile comprendere il significato di tali limitazioni. Ma neppure ci si rende chiaramente conto del fatto che adesso l'uomo comprende meglio la funzione della natura attraverso le scienze, ed è capace di produrre e controllare energia in quantità prima inimmaginabili.
12. Calore
Considerazioni analoghe si possono fare per quanto riguarda il calore. Fino al XIX secolo il calore poteva essere generato soltanto entro limiti corrispondenti a temperature di poche centinaia di gradi. Oggigiorno l'energia nucleare produce calore in misura prima inconcepibile e i laboratori possono produrre calore a temperatura maggiore di quella del Sole. Il calore è energia, abbondante e pronta per essere utilizzata. Tale disponibilità di energia dovrebbe determinare, almeno in parte, i caratteri fondamentali del prossimo stadio di civiltà, anche se adesso ciò si manifesta in una semplice rete di strutture spaziali.
13. I materiali
La scienza dei materiali, la ristrutturazione di proprietà molecolari dei materiali ferrosi e non ferrosi, in combinazione con materiali sintetici, sposterà la metallurgia sempre più verso la produzione di nuovi tipi di materie plastiche. Le caratteristiche salienti dei materiali da costruzione, nel prossimo decennio, saranno: maggiore robustezza e elasticità, minor peso, insensibilità alle variazioni di temperatura, resistenza alla corrosione, all'azione dei gas e del calore.
La scelta delle materie prime per una permanente produzione industriale non dipende necessariamente dalla presenza, nel paese di produzione, di grosse fonti. La moderna tecnologia dei trasporti permette di creare tali industrie ovunque, se è tecnicamente, politicamente e economicamente desiderabile.
Per esempio, l'Italia non possiede praticamente minerali ferrosi, salvo qualche piccola insignificante miniera nell'isola d'Elba; eppure oggigiorno è uno dei più grandi produttori di acciaio dell'Europa meridionale, ad alto livello di competitività sul mercato internazionale. Navi da carico trasportano continuamente minerale ferroso da molti continenti, da miniere situate in vicinanza di attrezzature portuali, direttamente agli altiforni di Genova.
Una situazione del genere si può ritrovare in Giappone, che raccoglie rottami di ferro da tutte le parti del mondo. Ivi trasformati in varie qualità di acciaio, i prodotti metallici vengono di nuovo riciclati sul mercato mondiale. Per esempio, i nuovi grattacieli americani del centro commerciale internazionale di New York, che sono i più alti edifici del mondo, sono stati costruiti interamente con acciaio giapponese, malgrado si trovino vicinissimi alle potenti acciaierie di Pittsburgh. Questa è una dimostrazione impressionante dell'importanza del materiale di recupero: grattacieli costruiti con rottami!
14. Moduli
Materiali e metodi, applicati universalmente in sistemi di combinazioni illimitate per scopi indeterminati, devono essere coordinati mediante meccanismi di controllo che tengano conto di tutti gli aspetti della costruzione. Ciò conduce alla necessità di sistemi di coordinazione e classificazione modulari. Le ricerche teoriche di metodi di misura non dovranno limitarsi alle ricerche dimensionali, ma dovranno anche estendersi allo studio di energia, tempo e movimento.
I sistemi modulari geometrici sono in relazione con punti, linee, superfici e volumi, non importa se proiettati su un piano o nello spazio o caratterizzati da elementi curvilinei composti. Essi dovrebbero riguardare non soltanto componenti strutturali o costruttivi, nonché i sistemi di installazione, ma anche la produzione, il trasporto e il montaggio. Il risultato finale sarà la definizione di un modulo basilare e universale. Le analisi di tutti i moduli da coordinare troveranno il miglior mezzo per calcolare tutti i fattori in gioco in un programma di sincronizzazione e modificazione.
Un aspetto importante della coordinazione modulare è la determinazione dei margini tollerabili di errore o tolleranze. Poiché il progresso tecnologico rende possibile una precisione sempre maggiore, il controllo delle tolleranze sta divenendo uno dei problemi cruciali dell'industrializzazione. Dato che non si tratta più delle approssimative dimensioni degli spessori di malta, il gioco di compatibilità fra le varie parti sta diventando sempre più ristretto. Quando si effettua il montaggio di un gran numero di parti finite identiche, vi è un'accumulazione di sia pur minime discrepanze dimensionali dovute a difetti di produzione e a mutamenti del materiale (provocati da oscillazioni di temperatura e umidità), a torsioni o a variazioni degli sforzi. Tecniche scientifiche, analisi dei fattori probabilistici, ricerche sulla dilatazione dei materiali e prove di laboratorio vengono impiegate per determinare le tolleranze che consentano possibili mutamenti di dimensione e forma. In particolare, queste ricerche riguardano il controllo di componenti individuali montati in fabbrica, gli elementi costruttivi finiti, e il montaggio sul posto. Tuttavia, è anche molto importante estendere le ricerche sulle tolleranze ai successivi mutamenti, flessioni e spostamenti che possono essere provocati da ovvi fattori agenti sulla costruzione finita: i movimenti dovuti ai carichi, le vibrazioni dovute al vento, le variazioni di temperatura e così via.
Poiché un'unità modulare fondamentale deve essere montata solo in un'unica direzione, può risultare necessario scegliere un certo numero di diverse misure o moduli; il che è perfettamente ammissibile nell'ambito di un dato ordine modulare se questo è composto da parti distinte e indipendenti. Per esempio, processi che si svolgano su un piano orizzontale possono differire dagli stessi processi che avvengano su un piano verticale. Un modulo lineare potrebbe espandersi in un modulo di superficie e questo può essere integrato da moduli distinti ma correlati.
Tuttavia, se fosse possibile trovare un compromesso grazie al quale soddisfare tutti i requisiti con una soluzione tridimensionale, il singolo modulo fondamentale risultante sarebbe al tempo stesso identico a un corpo di ordine modulare. Questa unità tridimensionale di un modulo tridimensionale potrebbe essere considerata un caso ideale. Essa costituirebbe un sistema universale entro cui sarebbe possibile fissare ogni parte in ogni direzione e in ogni istante, sia intrinsecamente, sia in relazione a ogni altra parte.
La determinazione del modulo fondamentale, che formi la base per il sistema modulare fondato su di esso, richiede un certo numero di ricerche in diversi settori, ciascuna delle quali può condurre a risultati indipendenti e distinti. Questi vari procedimenti devono essere analizzati e tutti i risultati dimensionali devono essere ridotti a un comune denominatore prima di poter stabilire il modulo universale. A seconda del problema, il modulo universale dovrebbe svilupparsi dalle relazioni reciproche che intercorrono fra alcune o tutte le seguenti categorie di moduli.
Il ‛modulo geometrico' definisce il sistema proporzionale che governa la struttura, l'elemento individuale e la pianificazione generale. Pertanto, esso definisce l'elasticità e variabilità interna dell'ordine modulare scelto. Ciò si ottiene mediante l'ingrandimento o la riduzione proporzionale, in senso numerico, delle varie categorie modulari. Il processo comporta non soltanto la suddivisione proporzionale delle dimensioni degli elementi costruttivi e delle parti strutturali, ma anche lo sviluppo in proporzione di corrispondenti serie di componenti di ogni tipo. Le applicazioni della programmazione richiedono una combinazione di moduli strutturali, di elementi e componenti. Il modulo geometrico permette di esprimere queste classificazioni di coordinazione modulare in un sistema matematicamente determinabile di reciproche relazioni dimensionali.
Come tutti gli altri moduli, il modulo geometrico non si limita puramente a relazioni fra punti e linee né a rapporti o ad aree, ma deve, naturalmente, anche essere suscettibile di adattarsi ad applicazioni universali in un sistema tridimensionale.
La ricerca sui moduli dovrebbe estendersi anche allo studio del tempo e del moto. Queste ricerche non sono significative soltanto rispetto allo sviluppo di sistemi strutturali spaziali, ma riguardano pure ogni stadio della produzione e del trattamento del materiale, nonché il prodotto stesso e la fase di montaggio. La cinematica dei processi, il flusso dei materiali, i fenomeni di movimento di elementi nel tempo e nello spazio, i mutamenti del flusso degli sforzi nelle parti strutturali durante il movimento e il cambiamento di situazioni devono essere determinati altrettanto quanto le dimensioni. Tale insieme di studi del movimento renderà chiare le sequenze di direzione durante lo sviluppo dei processi. Esperimenti di simulazione possono essere effettuati azionando artificialmente le varie parti motrici o mediante dei programmi computerizzati. Tuttavia, un calcolatore dovrebbe anche essere in grado di eseguire il procedimento inverso, una volta noto lo spazio in cui un oggetto può muoversi nel tempo verso la sua destinazione. Un manipolatore tempo-movimento-spazio potrebbe divenire uno strumento importante nello sviluppo di progetti.
Il ‛modulo strutturale' determina le relazioni e le posizioni di tutti gli elementi strutturali, che differiscono dagli elementi riempitivi in quanto sono destinati a sopportare dei carichi. In sistemi semplici, consistenti principalmente di colonne e travi, dove le travi possono pure essere lastre orizzontali, il modulo strutturale deriverà essenzialmente dalle condizioni statiche imposte dalle luci o dagli aggetti che si vogliono stabilire.
I moduli strutturali determinano la posizione dei giunti fissi o incernierati e degli elementi di connessione, nonché la posizione di ciascun altro oggetto che direttamente o indirettamente, staticamente, meccanicamente o dinamicamente, formi parte della struttura. Non è importante se il sistema è composto da sezioni piccole o grandi, o da delicati reticoli di elementi tridimensionali prodotti in serie.
Questo e altri moduli illustrano il tema comune espresso nel ritmo e nell'ordine della costruzione come insieme. In un sistema ordinato di tale complessità la struttura non dovrebbe mai in alcun caso svilupparsi individualmente, indipendentemente e in base alle sole condizioni dettate dalle leggi della statica e della dinamica.
Quest'impostazione non soltanto sembra conveniente in rapporto ai metodi di produzione industriale, ma, più particolarmente, è in armonia con la tecnica universale di giunzione usata nel montaggio: tale tecnica non fa alcuna distinzione fra i vari tipi di elementi.
Lo sviluppo di tale modulo di superficie universale dipende principalmente da due condizioni opposte. Le dimensioni degli elementi costruttivi dovrebbero essere le più grandi possibili per ridurre al minimo il numero dei giunti. Ma al tempo stesso gli elementi dovrebbero essere i più piccoli possibili per ragioni di flessibilità.
Il ‛modulo di giunzione' determina la posizione di ciascun punto di connessione diretta risultante dal prescelto sistema di strutture portanti ed elementi riempitivi. La distribuzione modulare di tali connessioni meccaniche, che possono essere semplici mezzi per fissare un oggetto in una posizione definita, ovvero elementi strutturali in forma di connettori per trasmettere sforzi, deve osservare una relazione geometrica simmetrica o asimmetrica con i moduli strutturali ed elementari. Pertanto, i moduli di giunzione saranno spesso sistemi complessi tridimensionali e potranno richiedere talvolta ulteriori suddivisioni interne entro un sistema modulare proporzionale di ordine almeno tridimensionale.
La connessione può essere di tipo tale da dover al tempo stesso assolvere alcune funzioni statiche, come la trasmissione degli sforzi: può allora divenire necessario aumentare il numero di giunti in certe aree soggette a maggiori sforzi. Il modulo di giunzione deve permettere la distribuzione di questi giunti entro un sistema di moduli in proporzione geometrica in modo tale che la coordinazione modulare non risulti distrutta.
Il ‛modulo di tolleranza' determina la posizione dei giunti che, disposti strategicamente a intervalli opportuni, assorbono gli spostamenti dimensionali dovuti all'accumularsi di piccole imprecisioni. In linea di principio, ciascun tipo di giunto dovrebbe avere in sé abbastanza gioco per ovviare alle imprecisioni. Tuttavia, se le condizioni statiche richiedono conformazioni o connessioni molto rigide, allora, per mantenere un alto livello di precisione, bisogna provvedere a un accurato controllo delle relazioni di tutte le parti a intervalli regolari. Pertanto, ci riferiamo qui a qualcosa come la distribuzione di giunti di dilatazione nelle costruzioni convenzionali. Quindi, oltre all'elasticità intrinseca dei giunti, gli studi sullo sviluppo dei moduli di tolleranza dovranno necessariamente considerare l'inclusione di sicure zone discontinue ed elastiche che lascino inalterata la forza dei giunti strutturali. Tale compensazione non implica necessariamente l'inserimento di componenti ausiliari ovvero correzioni meccaniche. Le misure effettuate possono pure dipendere dal tempo. Ad esempio, alcuni elementi possono essere dapprima composti in piccoli gruppi, effettuando più tardi le connessioni finali in aree determinate dal modulo delle tolleranze.
Il ‛modulo di progettazione' è la somma dei risultati cui hanno condotto gli studi di tutte le altre categorie di moduli. Il modulo di progettazione è definito equilibrando e componendo insieme moduli diversi, spesso di differenti dimensioni, ma che di fatto non possono risultare molto diversi l'uno dall'altro, dal momento che sono stati costruiti partendo da un modulo fondamentale comune, che è il modulo dell'unità più piccola. Naturalmente, il modulo di progettazione può essere inteso soltanto come una sorta di guida teorica o come un sistema di controllo per mettere alla prova le interrelazioni organiche di tutti gli altri moduli. Nelle applicazioni pratiche è necessario trovare una sintesi del problema, un denominatore comune, a partire dalle relazioni reciproche fra modulo strutturale, modulo degli elementi, modulo dei componenti e modulo della installazione.
È bene notare una volta ancora che ciascun modulo rappresenta una quantità numerica che conduce, attraverso punti di intersezione e linee di connessione, a reticoli definenti superfici che possono anche essere proiettate nello spazio. Pertanto, questi simboli geometrici hanno senso soltanto in relazione a oggetti concreti. Essi non devono necessariamente essere linee obbligate, ma devono definire l'ordine voluto di un sistema. Ciò si può ottenere ponendo gli elementi strutturali o costruttivi in una relazione liberamente scelta rispetto ai reticoli modulari, e facendo l'ipotesi che essi giacciano sopra, o dentro, o accanto a questi ultimi a intervalli simmetrici, asimmetrici, eccentrici o anche alternati ritmicamente. Queste ricerche teoriche costituiscono la base fondamentale per convertire dati astratti in concreti moduli standardizzati.
Per mettere maggiormente a fuoco la tematica attuale relativa alle costruzioni, sarà utile spiegare cause ed effetti del costruire nell'ambito delle società industrializzate, illustrando alcuni progetti scelti a caso.
15. Una struttura che definisce lo spazio
I requisiti stabiliti per la ricerca e lo sviluppo di un sistema strutturale per realizzare delle coperture di luci molto ampie furono davvero un classico esempio di un programma contemporaneo in perfetta rispondenza con i principî e l'applicabilità dei processi dell'industrializzazione. Il problema, risolto nel 1951, consisteva nello sviluppo di un sistema costruttivo universale di dimensioni virtualmente illimitate. Utilizzando soltanto elementi costruttivi standardizzati si dovevano poter ottenere molte combinazioni di sistemi strutturali e geometrici. Per qualunque tipo e dimensione di struttura, tuttavia, si stabilì che, una volta eretta, tale costruzione doveva poter essere facilmente smontata in qualunque momento senza perdita di materiale. Il sistema costruttivo, o parte di esso, doveva quindi poter essere riutilizzato in altre combinazioni e per altri scopi ogniqualvolta lo si desiderasse. Tutti gli elementi strutturali dovevano essere completamente prefabbricati con metodi automatici di produzione in serie.
La leggerezza era un fattore importante. Il numero di differenti tipi di giunti universali doveva essere ridotto al minimo, pur permettendo la maggior varietà possibile di combinazioni con i corrispondenti elementi strutturali. Ogni parte del sistema doveva essere intercambiabile con qualunque altra e in qualunque momento. Lo stesso sistema costruttivo doveva consistere soltanto di elementi standard universali, sia per la struttura, sia per i rivestimenti, in modo da ridurre al minimo i costi di manutenzione. Ogni componente strutturale, tubo o giunto, doveva essere fornito dalla fabbrica rivestito a caldo di una plastica dura resistente ai colpi di martello.
Ricerche preliminari suggerirono la scelta di un sistema a struttura complessa, che evitasse le situazioni di carico concentrato, ma che distribuisse tutti gli sforzi in modo uniforme sopra l'intera rete di un sistema di composizione spaziale. Per poter disporre gli elementi strutturali in qualunque posizione e sotto qualunque possibile angolazione, la migliore soluzione fu trovata nell'uso di segmenti tubolari di acciaio senza saldatura. Si usarono tubi di due diverse sezioni: i più grandi per gli elementi di raccordo fra copertura e pavimento, i più piccoli per gli elementi della trama secondaria. In questo sistema di composizione spaziale fu necessario sviluppare due tipi di giunti. Il primo era un giunto universale per incardinare insieme l'intero sistema, il secondo era un giunto per connettere ciascun segmento tubolare con uno analogo in modo da creare tubi strutturali di lunghezza indefinita.
Per semplificare i problemi di trasporto, le unità strutturali singole, premontate partendo da connettori e tubi standardizzati, dovevano avere dimensioni non maggiori di 9 m × 3 m × 90 cm circa, e pesare meno di 5 tonnellate, poiché l'edificio, che era un hangar per aeroplani, doveva poter essere eretto in qualunque luogo e in qualunque condizione climatica e orografica, lavorando senza impalcature o grandi gru, utilizzando preferibilmente per il montaggio soltanto manodopera non specializzata.
Per almeno due anni di ricerca e di sviluppo il lavoro si concentrò sulla progettazione del giunto di connessione (‛punto nello spazio'). Questo giunto doveva corrispondere ai seguenti requisiti: a) poter connettere fino a venti tubi strutturali in ogni possibile combinazione e angolazione; b) poter permettere l'impilatura di segmenti di composizione spaziali premontati a mo' di fisarmonica per ragioni di spedizione e di montaggio; c) poter consentire l'aggancio di pannelli, pareti divisorie, superfici di pavimenti o coperture, ecc.; d) evitare che i punti di aggancio potessero essere soggetti a usura, o danneggiati; e) presentare una tecnica di montaggio che fosse la più semplice immaginabile, per consentire l'uso di manodopera non specializzata; f) poter trasferire gli sforzi in tutte le direzioni applicabili a ogni tipo di geometria progettato; g) consentire un gioco sufficiente in base ai requisiti di tolleranza; h) scomporsi in modo che le parti del giunto potessero essere montate a parte; i) potersi smontare totalmente o in parte.
Il risultato fu un giunto in acciaio al nichel ad alta resistenza la cui configurazione aveva quattro forme fondamentali. Una di queste era un elemento, cui venivano collegati con incastri di precisione i tubi strutturali, per produrre la trama dell'armatura spaziale. Un altro componente, saldato al corpo principale, fissava accuratamente la posizione del connettore entro il complesso del sistema. Un terzo elemento, il componente di bloccaggio, era parte di una specie di catena che sosteneva l'insieme dell'intero giunto. Il quarto componente era un elemento riempitivo, da utilizzare laddove il numero di elementi strutturali fosse limitato. Questi elementi riempitivi potevano anche svilupparsi in connessioni di forma speciale per parti che non erano relative alla struttura stessa, come pannelli e lucernari della copertura, tramezzi e stipiti di finestre, pavimenti, architravi per guide di porte, sostegni, nonché elementi dell'intera rete di installazione.
A questi era da aggiungere la chiave di bloccaggio in forma di un semplicissimo pezzo di acciaio dolce a forma di cuneo. Erano sufficienti tre di questi cunei per bloccare il connettore nella sua posizione. Essi venivano guidati per mezzo di scanalature nei luoghi che fissavano la posizione dei connettori al corpo principale. Il solo strumento necessario per l'edificazione era un martello per infilare alternativamente i tre cunei nella loro posizione.
I tubi che collegavano copertura e pavimento erano lunghi circa 9 metri. Per renderli continui, fu ideata una connessione speciale, consistente di due tappi a cuscinetto, saldati alle due estremità del tubo. Le estremità di due tubi venivano quindi connesse per mezzo di due semiconchiglie formanti una specie di collare. Ne risultava una connessione progettata per sopportare sia compressioni sia trazioni, con proprietà equivalenti a quelle della sezione del tubo stesso.
Queste connessioni avevano un proprio assetto modulare, indipendente dal sistema modulare che definiva la posizione dei giunti. La forma delle semiconchiglie era tale che esse non sporgevano oltre il perimetro della sezione del tubo, dando luogo pertanto a un tubo liscio, continuo, di lunghezza indeterminata. Il giunto veniva bloccato agevolmente nella sua posizione di lavoro finale mediante una semplice chiave a cuneo.
Le parti di armatura soggette a sforzi eccessivi furono rinforzate utilizzando tubi di parete più spessa, senza cambiare il diametro esterno, oppure avvicinando fra loro i punti nello spazio di connessione.
Il rivestimento esterno dell'edificio era formato da pannelli composti, formati da due fogli di alluminio con interposto uno strato di materiale a nido d'ape. Questi pannelli standard furono utilizzati per i pavimenti dei mezzanini, per la separazione di uffici e laboratori, per rivestire i telai delle porte, per la copertura, ecc. La forma generale dell'hangar era tale da facilitare l'alloggiamento di grandi aerei, con timone molto alto e fusoliera relativamente bassa. Pertanto, lo spazio interno era ridotto al minimo, cosa assai importante per l'economicità del condizionamento d'aria.
La parte frontale della copertura sosteneva grandi superfici di pannelli di vetro, a mo' di serrande, che potevano sollevarsi quando dovevano essere introdotti o estratti aerei col timone molto alto. Questo riduceva le perdite di calore e le aperture potevano essere mantenute relativamente basse.
Le ricerche strutturali, dinamiche e cinetiche e le analisi teoriche furono effettuate preventivamente e indipendentemente dalla realizzazione del manufatto. Il progetto fu in gran parte ispirato da prove di laboratorio su modelli. Gli esperimenti di simulazione su modelli ebbero una parte maggiore del disegno durante l'evoluzione del progetto. Osservando sperimentalmente il flusso degli sforzi negli elementi individuali relativamente complessi, fu possibile stabilire dimensioni e forme finali mediante prove sofisticate su compressioni e trazioni, flessioni e torsioni in tre dimensioni, nonché mediante valutazione di sforzi e prove di fragilità dei rivestimenti, esame delle concentrazioni degli sforzi, eseguito utilizzando lenti polarizzanti, e, infine, prove di carico. Dopo il 1952, quando fu installato il primo elaboratore elettronico nello Stato dell'Illinois, le prove di laboratorio furono accompagnate da analisi degli sforzi mediante elaboratore elettronico.
Allorché, per analizzare il comportamento della struttura completamente montata soggetta alla spinta del vento, ai carichi di neve eccentrici, alle azioni sismiche, ai sobbalzi e alle vibrazioni, si dovettero sviluppare programmi di elaborazione piuttosto complessi, apparve evidente che un supporto verticale per mezzo di colonne non era la soluzione migliore per sostenere delle coperture. Il trasferimento delle forze verso il suolo mediante una struttura a tela di ragno o a filigrana avrebbe evitato indesiderabili concentrazioni di sforzi sui singoli punti di supporto verticali. Il flusso degli sforzi risultava molto più attenuato e omogeneamente distribuito se i supporti erano costituiti di fatto da prolungamenti del sistema tridimensionale della superficie della copertura, cioè sistemati parallelamente ovvero nella direzione della superficie della struttura compositiva spaziale.
Il modo secondo cui fu condotto il progetto è un esempio notevole di come un problema, originato dalla necessità di grandi prestazioni, possa essere risolto soltanto mediante i mezzi scientifici e tecnologici a disposizione, focalizzati sulla ricerca della struttura fondamentale, il ‛punto nello spazio' per trasferire gli sforzi: il giunto.
Il processo di sviluppo insegnò che l'elaborazione grafica diveniva superflua. La trasposizione di un fatto spaziale, tridimensionale, su un pezzo di carta bidimensionale non fornisce più alcuna informazione esauriente, specialmente rispetto alle dimensioni lineari. Ricerca, analisi, prove, studi di movimento, riprese cinematografiche e fotografie, modelli di simulazione, nonché plastici di ogni genere, elaborazioni mediante calcolatori, grafici e diagrammi, ecc., sono mezzi migliori per delineare e comunicare risultati di lavoro.
Ma, se le elaborazioni grafiche sono superate, lo sono altrettanto la sezione aurea o qualunque altra considerazione estetica. Del tutto indirettamente, quasi come un sottoprodotto, emerse da quell'esperienza una forma generale di struttura comunicante una nuova esperienza spaziale con mezzi puramente tecnologici.
16. Un sistema strutturale nello spazio
Ogni stadio della storia della civiltà si basa su sistemi di ordinamento autoimposti. Ma tali sistemi sono oggigiorno, per pregiudizio e mancanza di informazione, giudicati con sospetto. Si ritiene spesso che il progetto di un sistema oggettivo, scientifico, ideato secondo il metodo tecnologico, debba portare alla monotonia o alla distruzione totale degli elementi spirituali, emotivi o artistici. Invece, i principi scientifici, tecnologici o economici, oltre ad essere di per sé ricchi di possibilità espressive, possono esplodere in straordinarie forme di linguaggio continuamente mutevoli, in nuove configurazioni fantastiche a malapena immaginabili. Uno studio analitico di un sistema strutturale completamente industrializzato può illustrare questo punto quanto l'esempio precedente.
L'obiettivo di una dettagliata disamina del concetto convenzionale di ‛intelaiatura' (frame) ha sollevato molti interrogativi. Qual è la natura di un'intelaiatura nella sua configurazione strutturale? Oppure, fino a che punto può un'intelaiatura venire distinta in elementi identici? Come possono questi elementi essere ricomposti in differenti intelaiature, in nuove configurazioni spaziali e mantenere ancora tutte le caratteristiche di una intelaiatura? Possono tali elementi essere ridotti a un singolo elemento strutturale da cui possa essere costruito un intero sistema compositivo del quale, al momento, non si conoscano le funzioni?
Come risultato di un processo coordinato di ricerca preliminare ed empirica, emerse un elemento di forma del tutto insolita. Esso aveva l'aspetto di un oggetto a forcella con tre punte: otto di questi elementi raggruppati attorno a un ‛punto nello spazio' formavano un supporto per sostenere carichi. In combinazione con altri, avrebbe distribuito tutti gli sforzi in un modo molto complesso, trasferendo la compressione in tensione lungo tre direzioni, creando una distribuzione di carichi disposta a spirale verso il suolo.
Egualmente complicate erano la scelta dei materiali e l'ideazione del progetto per questo elemento fondamentale. Si poteva prevedere una rete composita ricurva estremamente leggera di fili internamente irrigiditi, oppure una configurazione metallica a lamina perforata, ovvero qualcos'altro costituito da materiale indeterminato.
Circostanze economiche resero impossibile proseguire fino in fondo la fase di ricerca e sviluppo, ma si trattò ugualmente di un'esperienza soddisfacente. Fantasia e immaginazione furono stimolate da studi e osservazioni puramente funzionali che non si limitarono alla considerazione di compressioni, trazioni e carichi, ma compresero anche studi preliminari di tecnologia produttiva e metodi di trasporto e montaggio. Lo studio dell'interazione fra le forze interne, artificiali e controllabili, e quelle esterne, naturali e incontrollabili, dovrebbe costituire il proseguimento di questo progetto. Ciò condurrebbe quindi a ricerche sulle capacità strutturali delle superfici a reagire alle variazioni di temperatura, alle sollecitazioni del vento e della pioggia, alla radiazione e così via, con l'uso intensivo di tecnologie industrializzate fra le più raffinate e scientificamente rigorose.
Questo banale progetto preso ad esempio mostra, a parte lo scopo per cui fu concepito, che la fine del XX secolo non ha punti fissi e basi logiche accettabili da cui partire, e neppure ha ancora libri di testo che possano servire da guida di fronte ai compiti ‛irrazionali' che ci siamo imposti per risolvere questi problemi.
17. Economia e mercato
Il presente, questo affascinante momento transitorio fra due situazioni storiche, momento in cui apparentemente tutto è possibile, impone responsabilità a lungo raggio che si rifletteranno decisamente sul futuro e i cui effetti non potranno essere mai sufficientemente valutati. Esaminate spassionatamente, tutte le regole del gioco tradizionalmente accettate hanno perso il loro significato, indipendentemente dal fatto che si considerino fenomeni materiali, sociali o economici. Per esempio, l'enorme capitale necessario per ristrutturare o meglio creare nuove più efficienti metodologie di produttività, distribuzione e applicazione, influenzerà considerevolmente la struttura economica di una società. Ricerca e sviluppo devono crescere a un ritmo incomparabilmente più elevato e sfociare in studi fondamentali completi che si estendano da programmi per la soluzione di problemi nazionali a programmi di cooperazione internazionale illimitata. L'urgente necessità di tale crescente scala di investimenti di capitali diviene ancora più evidente se si considera il capitale necessario per costruire e tenere efficienti quelle nuove industrie edilizie, che devono sorgere per soddisfare la richiesta del gigantesco mercato che in futuro si creerà, si rafforzerà e si espanderà continuamente, parallelamente alla continua espansione della popolazione.
Politiche d'investimento di capitale relativamente modesto, a breve termine, disponibile per finanziare gli affari contrattuali in corso, sono normalmente limitate a prestiti per un fabbricato o un gruppo di fabbricati. Ma anche se si dovesse finanziare un'intera nuova città, il progetto non sarebbe sufficientemente grande da giustificare la creazione di un'industria edilizia, che non potrebbe esistere senza un suo mercato permanente e in continua espansione. Pertanto, ogni applicazione di una tecnologia edilizia industrializzata, che fosse in anticipo su un'industria e un mercato che in realtà ancora non esistono, sarebbe anacronistica. Questa è la lacuna che per prima cosa bisogna colmare, e ciò costituisce probabilmente la maggiore difficoltà da superare. Non si può aspettare il momento di eseguire un progetto costruttivo per impiantare la tecnologia di produzione, cioè l'industria. Non si può meditare, ricercare, raccogliere esperienze e applicare tutti i risultati al medesimo tempo.
Ma, per prima cosa, è necessario rendere disponibili in anticipo risorse di capitale di entità senza precedenti, per finanziare organizzazioni di ricerca e sviluppo operanti autonomamente. In seguito, questi investimenti dovrebbero essere trasferiti verso industrie che utilizzino i risultati delle ricerche per realizzarne l'ammortamento. Queste complesse operazioni trasformerebbero di fatto le ordinarie attività bancarie e di credito in operazioni politico-economiche del più alto livello. Un'adeguata percentuale del capitale del reddito nazionale lordo e il suo flusso e ammortamento potrebbero definire i limiti della possibile espansione dell'organizzazione destinata a porre le basi di questa grossissima industria-chiave, che potrebbe essere definita ‛edilizia industrializzata'.
Nel caso, per esempio, del bilancio nazionale degli Stati Uniti valutato nel 1974 oltre 300 miliardi di dollari, almeno lo 0,001% di tale cifra dovrebbe essere devoluto alla trasformazione delle tradizionali attività tecnologiche edilizie in industria edilizia altamente progredita, adatta alle necessità del XXI secolo. Ma anche questo capitale potrebbe essere moltiplicato più volte se tutti i paesi membri delle Nazioni Unite o dell'UNESCO partecipassero a un programma di ricerca su scala mondiale, finanziandolo su una base equamente proporzionale.
Se il risparmio di energia, materiale, tempo, lavoro, è qualcosa di realmente importante, allora questo capitale deve essere trovato.
La concentrazione di industrie esistenti o gruppi di interessi professionali o economici non dovrebbero intralciare il processo dinamico di trasformazione verso i nuovi principi di creatività. Di fatto, professionisti, uomini di affari e industrie dovrebbero partecipare con tutto l'impegno possibile, nel loro stesso interesse, agli sforzi che permetteranno un nuovo e sicuro futuro.
Per esempio, dal punto di vista delle vendite o del mercato, oggi si può già osservare che il commercio del materiale da costruzione non riguarda soltanto i materiali da costruzione, ma tratta anche articoli provenienti da limitati sistemi già a disposizione sul mercato, come elementi da costruzione finiti, strutture o componenti; lo stesso fenomeno si verifica nell'industria delle case mobili o dei containers.
La composizione degli edifici, particolarmente di quelli di grande altezza, è effettuata sempre più frequentemente da imprese specializzate soltanto in trasporto e composizione di prodotti finiti. Le ragioni sono evidenti e discendono da ciò che è stato detto a proposito della scomparsa della manodopera specializzata. Sorge una nuova specializzazione, una nuova professione, una nuova attività economica: il compositore specializzato nel trattamento del materiale e nella sua organizzazione. Tali metodi di composizione sono incomparabilmente più veloci e di conseguenza i costi dell'edificio sono minori e, grazie ad un più sollecito utilizzo della costruzione, più rapidamente ammortizzati.
Inoltre, l'ambiente non viene più inquinato da polvere, rumore, andirivieni di automezzi, attività di rimozione di scorie, ecc., e il risparmio globale di energia è enorme. Costruire, o, meglio, comporre diverrà presto un processo pulito.
Se la tecnologia edilizia industrializzata verrà realmente accettata e se esisterà un mercato a sua disposizione, allora l'industria produttrice di macchine da costruzione inventerà, svilupperà e fornirà macchine e apparecchiature per maneggiare il materiale nelle fasi di trasporto e di montaggio.
Le tecniche di mercato muteranno nella loro struttura di base. Sorgeranno dei supermercati che forniranno tutto come prodotto disponibile subito, non soltanto per quanto riguarda le strutture al di sopra del suolo, ma anche per le fondazioni più profonde. E sistemi di distribuzione meccanica, strumenti, apparecchi, accessori di ogni sorta diverranno elementi modularmente coordinati, universalmente applicabili e continuamente intercambiabili in questo supermercato dei sistemi edilizi. Si creerà così anche un nuovo mercato, quello dei prodotti edilizi di seconda mano.
18. Informazione interdisciplinare
In questo circolo vizioso di mutamenti, che abbraccia ogni cosa, anche i sistemi di informazione e didattici saranno largamente coinvolti e daranno luogo a organismi completamente nuovi.
I sistemi universitari, così come funzionano oggi, sorsero nel XIX secolo. I diversi organismi consistenti in associazioni di facoltà separate dovranno invece trasformarsi sempre di più in istituzioni interdisciplinari. L'università lascerà la sua torre d'avorio, sede di studi superiori, e si muoverà direttamente verso il mondo reale: l'agone commerciale della società. E molti altri mutamenti fondamentali cambieranno anche considerevolmente l'immagine dell'università. Per esempio, così come a ogni scuola di medicina è annesso un grande ospedale, sembra ovvio che in ogni dipartimento di scienza delle costruzioni debba essere integrata un'industria di prodotti edilizi operante in modo interamente automatico.
Studi preliminari di gruppo sui fondamenti di base, impartiti a tutti gli studenti e comuni a tutte le facoltà scientifiche, forniranno le informazioni generali. Poi, studi ristretti in profondità creeranno gli specialisti. Ma, infine, tutti gli studi culmineranno di nuovo in una rassegna completa dei fatti fondamentali e delle loro trasformazioni in una filosofia astratta dei significati: le fondamenta di una nuova cultura.
19. Novus ordo seclorum
Il nuovo ordine del secolo è la sfida. Una nuova civiltà deve essere riorganizzata, riprogrammata e ricostruita mediante nuovi mezzi e nuovi fini.
Sorgerà un nuovo stile di vita determinato da logica, scienza, informazione, da nuove concezioni del tempo e eguale distribuzione dell'energia. Adeguandosi al diritto a un'equa distribuzione delle ricchezze, la produttività dell'uomo creerà il terreno adatto per una continua evoluzione di nuove intuizioni, nuove fedi e nuovi concetti estetici universalmente accettati. Fatti e funzioni della realtà si eleveranno a simboli astratti trascendenti. Sarà il mercato in continua espansione, il luogo di incontro tra domanda e offerta, che deciderà se il progresso conoscitivo dell'uomo sarà utilizzato pienamente o finirà in raffinati volumi come i preziosi francobolli di un collezionista. La conoscenza è il catalizzatore per il miglioramento del tenore di vita.
Man mano che gli individui di una popolazione in aumento esplosivo si muoveranno sempre più a contatto di gomito nei densi sistemi urbani, la loro insistente richiesta di libertà individuale sarà soddisfatta da spazi aperti resi sempre meno convenzionalmente ‛visibili', separati soltanto da schermi o diaframmi con proprietà ottiche e acustiche e capaci di spostarsi nel tempo e nello spazio per adattare l'ambiente a ogni situazione che muti, tanto fisicamente quanto emotivamente e intellettualmente. Con i cambiamenti di scala dei valori volumetrici e energetici, ogni altra situazione subisce un mutamento, quale che esso sia.
L'attitudine umana a risolvere i problemi assieme agli strumenti che l'uomo possiede, se utilizzati e non trascurati, troveranno sempre in tempo l'equilibrio ideale fra l'uomo e il suo ambiente sociale; e anche nel caso del massimo isolamento l'uomo riuscirà sempre a godere di quelle caratteristiche funzionali e divertenti che gli si offrono, non soltanto nei diversi accessori disponibili, ma anche nelle stesse pareti domestiche.
Ogni individuo sarà sempre in stretto contatto con la sua comunità e con il resto del mondo per mezzo di onde elettromagnetiche, che gli trasmetteranno informazioni che egli sarà libero di accettare o ricusare, come avviene nel caso della televisione. Ma, quando giungerà il tempo in cui sarà possibile trasmettere energia mediante fasci di energia concentrati e il mondo sarà sfoltito, liberato dagli attuali grovigli di cavi elettrici, allora i satelliti ruoteranno intorno alla Terra ricevendo energia direttamente dal Sole, la trasformeranno nello spazio in energia radioelettrica e la invieranno sotto forma di fasci di energia di intensità inesauribile su qualsiasi punto della Terra.
È palese quanto ciò influirà sui concetti, sui significati e sulle funzioni di ‛casa', ‛edificio', ‛strada', ‛arteria di traffico', ‛comunità' e ‛sistemi urbani e regionali'. Certamente, questa nuova dimensione aiuterà a rivelare le differenze fra ciò che è significativo e ciò che è banale o senza significato. L'uomo sarà molto più sensibile al senso e alla forza di una linea, di un dettaglio, di un movimento. Il più piccolo elemento di una struttura o meglio di un sistema strutturale, ovvero soltanto una piccola parte di esso in forma di un ‛punto nello spazio' o di un ‛sistema compositivo spaziale' costituirà il riflesso dello stadio di conoscenza universale umana generalmente acquisito. Ed è questa conoscenza interdisciplinare che darà forma e stile di gruppi e supergruppi all'ambiente visualmente tangibile e socialmente funzionale.
20. Conclusioni
Ma che cosa rappresenta, in tale contesto, il nuovo concetto di composizione? È qualcosa di intrinseco alla costruzione stessa oppure è un prodotto del pensiero moderno, intessuto di idee originate esse stesse dal subconscio, condizionato dalle circostanze?
Forse è soltanto nel pensiero, nell'idea che quest'epoca è capace di trovare la sua espressione perfetta, mentre l'opera è in sé un atto ispirato da condizioni transitorie, cosicché il suo significato non può più risiedere nella sua persistenza.
È la costruzione un modo di corrispondere a una necessità o a una idea? È essa uno status symbol, un annuncio pubblicitario o più semplicemente un divertimento? Ovvero è piuttosto una concreta interpretazione del pensiero e della funzionalità dinamica di quest'epoca, che fa propri o subisce determinati fini ed esprime ogni cosa in modo visivo, come avviene di fatto in un'equazione fondamentale?
Da quale punto di vista si potrebbe fare una distinzione fra buono e cattivo, fra semplice e complesso? Queste distinzioni non stanno spesso soltanto sulla lama affilata di un rasoio?
Ciò che risulta dall'esperienza dei primi anni di questo secolo ha mostrato che le innovazioni formali hanno spesso lasciato nient'altro che incertezza e una vana ricerca di significati ipotetici. La semplicità ottenuta con mezzi semplici diviene fine a se stessa, mentre l'idea di un ordine semplice ottenuto con mezzi complessi appare corrispondere molto più strettamente al ritmo del presente, che si espanderà continuamente in tutte le direzioni.
L'interrogativo ‛perché' è un punto di partenza per tutti i ragionamenti. Pertanto, esso è identico al ‛perché' fondamentale che riguarda non soltanto la ragione, il pensiero e l'azione, ma anche il modo di reazione.
Il concetto temporale di valori relativamente veri è definito dalle ‛circostanze', da ciò che è possibile e da ciò che può essere oggettivamente confrontato.
Strutture che coprono lo spazio non trovano origine nella proiezione mimica di una facciata. Una costruzione non dovrebbe essere soddisfacente soltanto in se stessa ma anche come parte di un insieme, altrimenti essa avrà mancato di raggiungere il suo vero scopo. La forma di una costruzione riflette direttamente le esigenze imposte da parte dello spazio e della materia. Tuttavia, queste esigenze sono divenute sia più imperative sia più generali; e, nella loro generalità, non sono più vincolate all'unicità, alla particolarità, all'individualità. È avvenuto un cambiamento radicale.
Quali che siano queste esigenze, esse sono ora soddisfatte da una tecnologia altamente sviluppata, caratterizzata dalla possibilità della produzione ciclica illimitata. Il risultato è semplicemente che una costruzione veramente moderna non può essere realizzata con i mezzi tradizionali. I concetti che definiscono i processi costruttivi tradizionali e le relative prestazioni non sono più abbastanza precisi per interpretare pensieri e esigenze moderni.
La semplice, classica casa, il rifugio, il tempio e la cattedrale esprimono valori indistruttibili, perché essi comunicano il pensiero e i sentimenti della gente che li costruì. Tali capolavori costituiscono la preziosa eredità del genere umano.
Tuttavia, non è più necessario guardare indietro alla lezione di questo grande passato, che l'uomo moderno non può in alcun modo vedere con obiettività e che egli deve per prima cosa tradurre liberamente nel proprio linguaggio. Proprio come il gotico concedette poco al romanico, o il rinascimentale al gotico, il nuovo movimento può avere scarso interesse nel continuare una tradizione governata dall'epoca cui apparteneva e da cui traeva interamente la sua vitalità e il suo significato. Non è il caso di chiedersi dove condurrà questa strada. Il lavoro stesso e le condizioni sociali e tecnologiche nelle quali si esplica indicheranno la direzione da seguire.
Le masse strutturali si dissolveranno sempre più e cederanno gradualmente il passo all'idea di combinazioni di funzioni e elementi a micro- e macroscala. La parte dominante dei progetti sarà la stratificazione delle superfici, concepite come piani di movimento, distribuite come ‛punti nello spazio'.
Nelle strutture caratterizzate da grandi coperture i sistemi di supporto potranno divenire talmente secondari da risultare a malapena visibili nella costruzione finita. Le strutture portanti di un edificio si ridurranno sempre piu entro gli spazi interni nascosti. L'importanza annessa agli assi di simmetria e agli altri elementi del progetto sarà rimpiazzata dalla ricerca del ritmo funzionale delle reti di sistemi, estendentisi da edificio a edificio in configurazioni senza fine, interconnesse con reti di sistemi meccanici di distribuzione, schermi e aperture. I concetti di massa; facciata e monumentalità, effetti visivi puramente incoerenti, saranno gradualmente superati. Le superfici esterne di un edificio non rifletteranno più il sistema strutturale nel senso della ‛forma che segue la funzione', ma interpreteranno soltanto le loro proprie funzioni.
Ma, soprattutto, le decisioni politiche, l'accettazione sociale, le prospettive economiche, le scoperte scientifiche, le possibilità tecnologiche sono le forze decisive che dirigeranno il flusso degli sforzi verso il futuro.
Poiché il mezzo offerto dal ruolo dei materiali, delle linee, delle superfici e dei volumi è molto semplice, ancorché estremamente sensibile, ci sarà probabilmente meno da vedere: tuttavia, quel poco sarà tutto ciò che è più significativo. Pertanto, la costruzione, spogliata di segreti formalistici, sarà visibile senza veli mostrando il suo effettivo valore. Il progresso in queste direzioni, la distanza fra ciò che è stato e il graduale miglioramento delle attuali tecniche e degli attuali sviluppi concernenti i problemi associati con l'industrializzazione, cresceranno sempre di più con l'andar del tempo. Allo stesso modo, le differenze fra l'architetto, l'ingegnere, il progettista e il programmatore saranno sempre più accentuate. I nuovi obiettivi dell'epoca saranno infine perseguiti dal progettista universale, il programmatore universale, che utilizzerà l'industrializzazione come strumento supremo. Le linee di separazione fra prodotto e costruzione diverranno sempre più confuse, finché non svaniranno completamente. Il compito del programmatore universale, tuttavia, è quello di comporre la struttura finita muovendo dai prodotti finiti in un atto creativo separato. Questo programmatore universale potrebbe allora essere chiunque: tanto uno scienziato quanto un analista di elaboratore elettronico, oppure uno statista, un artista, un cittadino qualunque. Egli guida le squadre tecniche interdisciplinari secondo il programma nel senso più ampio del termine. Gli specialisti di ciascuna squadra sono così coordinati dall'istruttore generalista o meglio universalista.
Ma sarebbe un errore ritenere che razionalismo, tecnologia e funzionalità siano i soli mezzi rimasti per determinare il volto di una cultura. I metodi e gli strumenti che la civiltà ha sviluppato e inventato e in cui la struttura sociale si riflette così fedelmente, sono importanti soprattutto come fondamenta su cui erigere nuovi comportamenti. Tuttavia, prima di formulare concetti, bisogna individuarne tutte le potenzialità e tutti i limiti di possibilità e padroneggiarli fino al punto da assimilarli a livello del subconscio.
Il lungo cammino del progresso è, al tempo stesso, il cammino della liberazione dal dogma della convenzionalità. Soltanto quando saranno stati scalzati modi di agire il cui significato originale si è da tempo dissolto, e il nuovo strumento di lavoro ora disponibile sarà stato posto sotto completo controllo, in accordo con le sue stesse leggi, allora esisteranno quelle solide fondamenta su cui una nuova arte di vivere e una nuova arte di costruire potranno essere erette. Le risorse dei tempi produrranno non soltanto una nuova estetica e un linguaggio originale utilizzando concetti di bellezza precedentemente sconosciuti, ma una nuova etica dell'arte in generale, una nuova filosofia, il simbolo di una nuova epoca.
Tuttavia, il problema obiettivo di che cosa si intenda per ‛arte della costruzione', un problema che, in ultima analisi, domina ogni azione, è destinato a rimanere aperto. Soltanto quando l'uomo sarà capace di riconoscere il suo ambiente come genuino e suo proprio, identificandovisi completamente, allora egli potrà vedere questo problema con chiarezza e in tutta la sua complessità.
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Costruzioni in cemento armato e precompresso di Elio Giangreco
sommario: 1. Intuizione e ragione. 2. Il processo d'industrializzazione e l'evoluzione tipologica. 3. Associazione e coesistenza di materiali diversi. 4. Teoria e sperimentazione. 5. La sicurezza strutturale e la normativa tecnica. 6. L'espressione estetica e l'influenza tecnologica. 7. La sfida del presente e la fantasia del futuro. □ Bibliografia.
1. Intuizione e ragione
Ogni costruzione ha una destinazione e quindi una funzione da svolgere, che non è certo il solo requisito che il progettista deve conferire al prodotto del suo impegno creativo. Se si pensa a un ponte o a una copertura o a un qualsiasi manufatto, l'idea stessa della struttura non può disgiungersi dall'ambiente nel quale essa deve sorgere e inserirsi: è quindi necessario il confronto tra schemi diversi, prodotto di cultura, di esperienza e di suggestione, tutti potenzialmente idonei e inizialmente competitivi nei confronti del tema assegnato, allo scopo di giungere, attraverso una ragionata selezione, alla soluzione che dovrebbe ottimizzare i vari parametri in gioco e che purtroppo costituisce spesso solamente un'occasione mancata.
La varietà delle condizioni più o meno imperative che il progettista deve cercare di soddisfare, nel tentativo di assicurare all'oggetto del suo disegno le caratteristiche statiche, funzionali, estetiche ed economiche più qualificanti, è stata molto acutamente espressa da E. Torroja in Razón y ser de los tipos estructurales mediante un sistema di quattro equazioni in quattro incognite (1, il materiale; 2, la tipologia strutturale; 3, la forma e le dimensioni; 4, il procedimento di esecuzione), i cui termini noti si possono far corrispondere: 1) alla finalità utilitaria; 2) alla funzione statica; 3) alle qualità estetiche; 4) alle condizioni economiche.
La difficoltà di risolvere un siffatto sistema di equazioni risiede sia nell'interdipendenza delle varie incognite, sia nella più o meno accentuata soggettività di alcuni termini noti e del loro legame con fattori che possono prescindere da requisiti di natura puramente tecnico-economica. Basti pensare ad alcuni edifici residenziali del presente o a certe previsioni abitative del futuro per rendersi conto di come influenze psicologiche o spinte sociali possano essere determinanti nell'orientare la scelta di un insediamento e quindi delle tipologie costruttive che dovranno realizzarsi.
E analogamente, guardando al passato, ci si può chiedere quanti passi avanti sono stati fatti nell'arte del costruire sotto la pressione di situazioni contingenti, o quante idee non hanno potuto trovare un'applicazione conseguente e immediata per ragioni tecnologiche, o ancora in quali casi l'intuizione e il coraggio del tecnico hanno previsto concretamente un comportamento dell'opera giustificato solo a posteriori. È la storia di tante costruzioni, dai loro materiali ai componenti strutturali, dalle tecniche di montaggio ai procedimenti costruttivi in stabilimento o in opera, che hanno richiesto tentativi e ripensamenti, sempre stimolanti per il progresso tecnico, prima che il momento realizzativo fosse pienamente adeguato a quello inventivo.
Il cemento armato e il cemento precompresso, legati da uno stretto legame di parentela, hanno vissuto nella loro evoluzione quest'esperienza che tenteremo di riassumere e puntualizzare brevemente.
Il progresso dell'industria del cemento, agli inizi del XIX secolo, nelle nazioni dell'Europa occidentale, in particolare in Francia (Vicat, 1820) e in Scozia (Apsdin, 1824), consenti d'inglobare armature metalliche entro una colata di calcestruzzo che, dopo un limitato numero di ore, induriva trasformandosi in una ‛pietra' di buona qualità.
A metà del XIX secolo esistevano tutte le condizioni necessarie alla nascita del calcestruzzo armato. Stava per iniziare un'era che Perrault, medico, architetto e ingegnere, aveva intuito circa due secoli prima quando vinse il concorso per la facciata del Louvre. Fu infatti il primo a progettare le piattabande di un colonnato con delle armature metalliche nella parte inferiore.
Si cercarono quindi le più svariate applicazioni del nuovo materiale, dalla barca di cemento armato di Lambert (1848), presentata all'esposizione universale del 1855 (prima apparizione ufficiale del cemento armato), alle cassette per fiori di Monier (1849).
È questo il periodo che potremmo definire sentimentale, anche se l'intuizione porta già verso realizzazioni di sicuro avvenire, quali il primo fabbricato in calcestruzzo gettato in opera con profilati incorporati (Coignet, 1852), i primi solai con piastre di calcestruzzo contenenti putrelle (Ward, 1875) o ferri quadri e barre di ripartizione (Hyatt, 1878), i primi ferri tondi (Hennebique, 1880), i primi serbatoi in calcestruzzo armato (Monier, 1872). Fioriscono i primi brevetti, come quello per un'associazione ferro e cemento (Lambert, 1867), esteso successivamente a ‛tubi e costruzioni di ponti e passerelle' (Monier, 1868-1873), o quello per costruzioni di tubi (acquedotti, tunnel) (Coignet, 1890). Hennebique brevetta poi il primo tipo di trave in cemento armato con staffe (1892) e Coignet le prime putrelle prefabbricate (1892).
Le realizzazioni si moltiplicano, seppure con procedi- menti ancora empirici, e si va rapidamente evolvendo la sperimentazione. Sono di questo periodo il primo ponte ferroviario (Hennebique, 1894), la prima condotta forzata in cemento armato con tubo mediano in lamiera di acciaio (Bonna, 1893), la prima passerella ad arco (Hennebique, 1898) e il primo ponte ad arco (Boussiron, 1899).
In occasione dell'esposizione universale del 1900 si realizzano altre applicazioni, quali coperture, scale e solai, muri di sostegno, la stessa fontana luminosa, fino al primo fabbricato interamente in cemento armato in rue Danton 1 a Parigi (Hennebique, 1900). Garnier progetta nel 1902 una città industriale in cemento armato e i fratelli Perret nel 1903 introducono ufficialmente il cemento armato nell'architettura residenziale (rue Franklin, Parigi).
Nel frattempo cominciano a svilupparsi studi teorici, ricerche sperimentali spinte fino alla rottura (Bauschinger, 1894; Bach, 1895; Emperger, 1895; Ritter, 1900; Morsch, 1908; Considère, 1896-1900) e i primi tentativi di calcolo (Coignet e de Tedesco, 1894; Von Thuille, 1899; Cristophe, 1899). Nel 1897 Rabut istituisce il primo corso sul cemento armato presso l'École des Ponts et Chaussées, nel 1890 la Società degli Ingegneri Austriaci costituisce la prima Commissione per lo studio delle volte in cemento armato e nel 1906 un'apposita commissione di studio produce il primo regolamento francese sul cemento armato.
Il calcestruzzo, nato per l'intuizione di alcuni pionieri senza una particolare educazione scientifica, e per l'influsso della mentalità legata alla carpenteria metallica, acquista dignità di materiale strutturale e il suo comportamento elasto-plastico diventa oggetto dei primi studi metodologici. Nasce così quella teoria, ancora attuale per molti aspetti, chiamata ‛teoria del modulo n' o ‛teoria convenzionale del cemento armato', che recepisce alcune ipotesi fondamentali della teoria dell'elasticità introducendone altre peculiari del nuovo materiale, sul comportamento a trazione del calcestruzzo e sulla sua aderenza all'acciaio. I regolamenti sul cemento armato cominciano ad apparire nei vari paesi, in misura tanto più progredita quanto più l'impiego di tale materiale va affermandosi: in Italia, nel 1906, viene fissata una normativa per i materiali agglomeranti idraulici e per le opere in cemento armato.
Siamo entrati decisamente nel periodo scientifico e l'evoluzione di questa nuova tecnica avviene sulla base dei risultati di studi accurati e d'indagini orientate verso una sempre più ardita utilizzazione di questo materiale strutturale.
È il trionfo delle prime grandi strutture: le prime coperture paraboliche a volta sottile alla stazione di Bercy-Paris (Boussiron, 1910), i primi solai a fungo (Turner, 1910), il ponte Risorgimento a Roma, di 100 m di lunghezza con un ribassamento di 1/10, antesignano di un'utilizzazione del comportamento elasto-plastico del materiale (Hennebique, 1911), la prima diga ad archi sottili sulla Manica (Considère, 1916), il ponte a due travate di 72 e 77 m, record mondiale delle travi continue (Caquot, 1928), il ponte incastrato di Plougastel a tre archi di 172 m (Freyssinet, 1930).
La tecnologia del calcestruzzo fa altri passi avanti sia attraverso le prime applicazioni della tecnica della vibrazione meccanica (Freyssinet, hangar di Orly, 1924) sia attraverso la messa a punto del cemento espansivo (Lossier, 1935). Le caratteristiche meccaniche ed elastiche del materiale vengono migliorate attraverso studi sistematici, sia in laboratorio che in cantiere, sulla granulometria degli aggregati e sul dosaggio dell'acqua.
Si prende così gradualmente coscienza del comportamento del cemento armato, sempre meglio conosciuto attraverso la ricerca sperimentale ormai inserita a livello di metodo d'indagine permanente e continuamente collaudato dal numero via via crescente di realizzazioni. La forma delle sezioni resistenti e il disegno delle armature, in particolare di quelle per l'assorbimento delle azioni taglianti e torcenti, vengono definiti sulla base di considerazioni progettuali non disgiunte da modelli di calcolo ancora oggi attuali, come quello del traliccio di Morsch per verificare la disposizione delle staffe e dei ferri piegati.
Le ricerche sperimentali su elementi strutturali provati fino alla rottura e le conseguenti interpretazioni teoriche sul comportamento del calcestruzzo a fessurazione, da un lato convalidano i concetti basilari di un materiale composto, nel quale i componenti vengono giustamente utilizzati secondo le loro vocazioni, ma dall'altro mostrano certi limiti di sfruttamento del calcestruzzo, la cui incapacità di assorbire sforzi di trazione comporta la parzializzazione della sezione resistente e quindi una riduzione dell'efficienza statica.
Questo periodo (basato sul confronto con le costruzioni in acciaio in relazione alla sicurezza contro gli incendi, alla facilità di manutenzione e alla possibilità d'impiego nelle forme più svariate; v. edilizia e costruzioni: Costruzioni in acciaio) può essere definito conclusivo per la definitiva affermazione del calcestruzzo armato e coincide con l'apparizione, ancora artigianale, della nuova tecnica del calcestruzzo presollecitato.
Anche in questo caso le idee precorrono largamente le applicazioni: nel 1888 Doering propone un primo procedimento di messa in tensione delle armature, risultato praticamente infruttuoso; analogamente non hanno seguito gli studi iniziati da Kolhen nel 1907. Si tratta di ricerche miranti essenzialmente a impedire la fessurazione del conglomerato teso mediante stati di presollecitazione di cui non vengono ancora valutate le possibilità applicative. Alcuni anni dopo Colonnetti le inquadrerà scientificamente con i suoi primi studi sistematici sugli stati di coazione e sugli equilibri elasto-plastici. Si tratta di un nuovo modo di concepire il connubio acciaio-calcestruzzo. Questo parente più giovane del cemento armato parte avvantaggiato dalla conoscenza ormai progredita del calcestruzzo, ma svantaggiato (ed è questa la ragione fondamentale del ritardo con cui fu messo a punto) dalla necessità di disporre di acciai di qualità tecnologiche avanzate che potessero compensare quei fenomeni differiti nel tempo che avvengono nel calcestruzzo; fenomeni che proprio in quegli anni si andavano studiando approfonditamente.
Il merito di portare avanti un'intuizione tecnica non ancora matura per una larga applicazione spetta a Freyssinet che nel 1907 disarma il primo ponte in cemento armato a mezzo di martinetti (ponte del Veurdre), nel 1914 studia un sistema di compensazione degli sforzi al disarmo del ponte incastrato di Villeneuve-sur-Lot e finalmente nel 1930 sviluppa concretamente per la stazione marittima di Le Havre i primi concetti riguardanti la tecnica del calcestruzzo precompresso.
La possibilità di restituire a tutte le sezioni di calcestruzzo la loro piena idoneità ad assorbire sforzi di compressione, attraverso l'applicazione di sforzi preventivi, e la possibilità che tali sforzi siano esercitati proprio attraverso apposite armature metalliche conferiscono al cemento armato una diversità sostanziale di comportamento, tanto da farlo considerare un nuovo materiale resistente. E bene ha detto a tal proposito lo stesso Freyssinet nella giornata commemorativa dei cento anni del cemento armato (Parigi, 1949): ‟Se si cerca di passare dal cemento armato classico al cemento precompresso attraverso cambiamenti progressivi di materiali, di forme e di stato elastico iniziale non si può evitare, qualunque strada si segua, di realizzare cattive costruzioni, che sono molto inferiori - sotto ogni aspetto - sia al cemento armato sia al cemento precompresso normalmente impiegati. Questa circostanza costituisce la principale delle difficoltà che hanno ritardato l'invenzione del cemento precompresso".
Tra i pionieri bisogna ricordare in Belgio Magnel, che idea un particolare sistema di ancoraggio, in Francia Guyon e Lebelle, che portano avanti le idee e le conquiste di Freyssinet, in Germania Hoyer, che già prima della guerra affronta in maniera sistematica il procedimento della precompressione a fili aderenti, Dischinger e Finsterwalder, autori di ponti arditi per la luce e per il sistema costruttivo, Leonhardt, progettista di opere di notevole rilievo strutturale; in Italia, accanto a Colonnetti che fin dal 1938 segnala l'interesse della tecnica degli stati di coazione preventivamente impressi, emergono i nomi di Cestelli Guidi, autore del primo trattato specifico sul cemento precompresso, Levi, che ne mette in luce alcuni aspetti tecnici connessi con i fenomeni reologici, e Morandi, che lega il suo nome ad alcune eccezionali opere d'ingegneria in Italia e all'estero.
Con questi precedenti il cemento precompresso entra ufficialmente nella tecnica del costruire, anche se le sue vere e più consistenti affermazioni cominciano col dopoguerra.
Il cemento precompresso favorisce anche i primi tentativi di prefabbricare per ‛assiemaggio' elementi strutturali molto ridotti, attraverso la compressione preventiva dei giunti, conferendo loro capacità resistenti anche a trazione e taglio. Man mano che la tecnica della presollecitazione va affermandosi, alcune tipologie, segnatamente le costruzioni industriali e i ponti, tendono sempre più ad avvalersi della prefabbricazione strutturale.
Il successo del calcestruzzo precompresso viene via via confermato dal riconoscimento anche da parte di amministrazioni tradizionalmente legate a criteri di eccessiva prudenza. I motivi d'iniziale preoccupazione, quali il permanere dello stato coattivo, l'efficacia delle iniezioni, la fragilità e corrodibilità degli acciai, hanno potuto essere ampiamente smentiti dalla molteplicità delle applicazioni pratiche nelle condizioni più diverse sia ambientali sia di qualificazione e specializzazione dei costruttori.
2. Il processo d'industrializzazione e l'evoluzione tipologica
L'industrializzazione non può offrire una soluzione unitaria del processo costruttivo, se non in termini concettuali di razionalizzazione e ottimizzazione; in termini pratici essa dovrebbe risolvere i problemi posti dalle diverse tipologie strutturali. Questo non riguarda unicamente la fase costruttiva, ma anche il momento progettuale che ne viene fortemente condizionato. Se si pensa infatti alla prefabbricazione, che dell'industrializzazione costituisce uno degli aspetti più caratteristici, è fin troppo evidente che essa non deve consistere nel riprodurre, a piè d'opera o in stabilimento, i singoli tradizionali elementi costruttivi delle strutture gettate in opera, ma deve ricercare e inventare nuovi processi costruttivi e nuovi tipi strutturali. Infatti la fabbricazione su scala industriale, il reimpiego quasi illimitato delle forme, il ricorso alla vibrazione a cassero e alla maturazione a vapore, la possibilità di precompressione mediante fili aderenti, la necessità di confezionare elementi leggeri ai fini del trasporto e del montaggio sono tutti fattori che influiscono decisamente sulla forma e sugli schemi strutturali degli elementi prefabbricati nei confronti delle strutture tradizionali gettate in opera.
Perciò la prefabbricazione risulterà sempre più un fatto valido se concepita industrialmente e, proprio per questo, deve trovare forme, tipi e procedimenti costruttivi adeguati alla produzione in serie con macchinari speciali: come per ogni procedimento in evoluzione ciò comporta un sistematico sforzo inventivo e un costante adeguamento al miglioramento dei materiali e al perfezionamento delle attrezzature.
Inoltre, la prefabbricazione deve sempre più tendere a essere integrale nel senso che non deve limitarsi a fornire l'ossatura dell'opera, bensì offrire prêt à porter anche il tessuto connettivo necessario al suo completamento.
Su questa base la prefabbricazione di elementi strutturali in cemento armato e ancor più in cemento precompresso può costituire un sistema fortemente competitivo, tenuto anche conto della loro disponibilità a essere modellati in forme architettonicamente nuove, proprio per la caratteristica intrinseca del calcestruzzo prefabbricato di essere plasticamente confezionato in prototipi indefinitamente ripetibili, dove la complessità delle casseforme incide scarsamente sui costi di produzione e consente al tempo stesso la soluzione dei molteplici problemi posti da un prodotto edilizio industriale.
Un'ultima considerazione riguarda la possibilità di avvalersi delle stesse tecniche costruttive per tipologie strutturali diverse. Per esempio, il problema del superamento di una certa altezza ricorre certamente nelle ossature dei fabbricati multipiani, nelle pile dei ponti a quota elevata dal fondo valle e nei sostegni di serbatoi fortemente sopraelevati. E così nell'edilizia civile il problema del superamento delle luci ordinarie è tipico dell'edilizia industriale, e ancor più ovviamente per ponti o viadotti dove il campo di variazione delle lunghezze corrisponde a un diverso sfruttamento di certi procedimenti costruttivi e quindi a un'individuazione differenziata delle tipologie corrispondenti.
Il trasporto e il sollevamento di elementi costruttivi di determinate lunghezze e altezze ha posto in termini di convenienza economica l'opportunità di progettare secondo una certa modulazione e leggerezza strutturale e di assicurare a piè d'opera elementi più semplici, riducendo quindi i tempi di montaggio di elementi più complessi.
Il sistema delle casseforme scorrevoli, impiegate inizialmente per l'esecuzione di camini, torri, serbatoi, si è notevolmente affermato per le sue caratteristiche positive (rapidità di esecuzione, perfezione delle superfici in vista, possibilità di ottenere strutture perfettamente a piombo), anche se richiede attrezzature impegnative e mano d'opera specializzata, con una perfetta organizzazione del cantiere. È l'esempio ricorrente, e sempre suggestivo, dei nuclei in calcestruzzo di alcuni moderni grattacieli, delle alte pile di viadotti recentemente costruiti e degli snelli fusti di serbatoi sopraelevati.
Nell'ambito dell'edilizia multipiano un record dei tempi di costruzione mediante questo sistema è stato raggiunto nella realizzazione del Bayview Terrace Building a Milwaukee nel Wisconsin, 25 piani eseguiti in 35 giorni, al ritmo di un solaio al giorno.
Il sistema dei casseri rampanti può utilmente integrare il procedimento lift-slab, che ha trovato applicazioni in molti grattacieli in cemento armato costruiti sia in Europa che negli Stati Uniti. Esso consiste in un insieme di piastre costruite l'una sull'altra che vengono sollevate lungo i pilastri preventivamente eseguiti e collegati in sommità. Questa tecnica, che ha particolare validità quando i gradi di agibilità del cantiere sono molto ridotti, offre anche degli interessanti spunti architettonici, come nel caso dell'Hartford Life Insurance Building di venti piani, realizzato a Chicago nel 1961.
Ancora nel campo dell'edilizia civile, la tecnica della prefabbricazione viene rapidamente estesa dagli elementi non portanti a quelli portanti: nasce e si afferma la cosiddetta prefabbricazione strutturale attraverso elementi leggeri, monodimensionali o bidimensionali che, opportunamente modulati, possono consentire la costruzione di edifici in una limitata varietà di esemplari.
Nasce la corsa a una prefabbricazione sempre più integrale, sia ricorrendo ai cosiddetti sistemi di prefabbricazione pesante con pannelli ad altezza di piano, per la maggior parte brevettati in Francia e di cui dopo il boom degli anni sessanta si constata oggi una battuta di arresto, sia mediante i cosiddetti sistemi tridimensionali che, sulla base dell'esperienza dell'Habitat di Montreal, hanno trovato un'interessante realizzazione nelle unità prefabbricate dell'Hotel Hilton Palacio del Rio a San Antonio nel Texas.
Di tutte queste possibilità l'edilizia civile si è avvalsa nel costante sforzo di raggiungere altezze sempre maggiori; e questo sia per una migliore utilizzazione dell'area coperta, sia per una razionalizzazione del funzionamento dei servizi.
Prima e più che altrove negli Stati Uniti il problema dell'altezza, fortemente condizionato dalla presenza di forze orizzontali dovute al vento o al sisma, ha determinato un'interessante evoluzione tipologica, che ha consentito di passare dal tradizionale schema intelaiato a quello irrigidente con courtain-walls in cemento, e poi ancora al sistema tube in tube. L'antesignano di tale sistema può considerarsi il Brunswick Building di 28 piani costruito a Chicago intorno agli anni cinquanta, anche se la prima affermazione significativa è offerta dal Chestnut De Witt Apartment Building di 41 piani in cui si realizzano l'eliminazione delle costose pareti interne e la costanza dello spessore dei piani orizzontali, sostenuti da una fitta successione di pilastri esterni e interni, non più direttamente interessati quindi alla trasmissione degli sforzi orizzontali.
A questa concezione ha fatto seguito, proprio per il perfezionarsi di alcuni dei procedimenti costruttivi di cui si è detto, la struttura mista acciaio-calcestruzzo, sulla quale si tornerà nel cap. 3 e di cui l'esempio più caratteristico è quello offerto dal nucleo irrigidente in calcestruzzo, destinato all'assorbimento delle forze orizzontali, circondato dall'ossatura metallica funzionante esclusivamente, o quasi, per i carichi utili verticali.
È interessante rilevare come questa tipologia, considerata sotto l'aspetto della costruzione metallica, sia stata poi superata da quella tube in tube, di cui il primo eccezionale episodio è il John Hancock Center di Chicago dell'altezza di 337 m, che ha trasferito nel campo dell'acciaio la concezione del Brunswick Building.
La sfida all'altezza ha stimolato sempre più l'inventiva progettuale: dalla pianta cruciforme del Place Ville MarieRoyal Bank Building di 44 piani fuori terra che sorge nel pieno centro commerciale di Montreal, si passa a quella a Y simmetrica del Lake Point Tower a Chicago, alto 197 m, primo grattacielo del mondo a pareti completamente ondulate: un nucleo centrale assorbe tutte le forze orizzontali, mentre solo le sollecitazioni di compressione corrono lungo i pilastri fino ai cassoni di fondazione. La tendenza a una sezione trasversale, la cui forma assicuri sempre meglio la stabilità trasversale, porta all'adozione della pianta circolare che sfrutta pienamente la condizione di simmetria del complesso. Un esempio spettacolare si ha con i due grattacieli di Marina City a Chicago, di 60 piani, dove un nucleo centrale è collegato, mediante travi radiali, a due anelli concentrici di pilastri. Essi segnano la nascita di una nuova coscienza tecnologica, sia perché simbolizzano l'ideale di riunire in grandi contenitori il maggior numero possibile di funzioni, riducendo al massimo qualsiasi dispersione di attività e di risorse, sia perché rappresentano un esempio di rilevante impiego del calcestruzzo leggero nei solai.
È qui il caso di ricordare questo materiale (costituito, a differenza del calcestruzzo ordinario, da aggregati leggeri ad alta resistenza prodotti artificialmente) che negli ultimi anni si è decisamente affermato nella realizzazione delle tipologie più diverse. Le sue doti di maggior leggerezza consentono, a parità di peso globale della costruzione, di ottenere altezze maggiori: per esempio, la costruzione del grattacielo One Shell Plaza a Houston ha potuto raggiungere i 52 piani in calcestruzzo leggero invece dei 35 piani corrispondenti al progetto originario in calcestruzzo normale. Inoltre il minor peso unitario degli elementi prefabbricati in calcestruzzo leggero offre più vantaggiose possibilità di trasporto e montaggio.
È questo un requisito fondamentale nell'ambito delle costruzioni per uso industriale, dove si è sempre più esteso negli ultimi tempi l'impiego della prefabbricazione rivolta sia alle parti strutturali portanti (pilastri, travi, elementi di copertura) sia ad alcuni elementi di finitura (principalmente le tamponature); spesso si ottengono elementi in grado di assolvere contemporaneamente le due funzioni, strutturale e complementare.
Per questo tipo di costruzioni la prefabbricazione può essere su progetto o a catalogo: nel primo caso gli elementi industrializzati sono progettati per un episodio particolare, anche se di dimensioni notevoli, e fabbricati in un centro di produzione appositamente creato in prossimità della localizzazione dell'intervento; nel secondo caso gli elementi vengono fabbricati come elementi di serie in un centro proprio di produzione situato in una località strategicamente scelta. Entrambi i tipi di prefabbricazione possono ovviamente integrarsi con la costruzione tradizionale nonché fra di loro, così come possono recepire i vantaggi della precompressione sia a fili aderenti in stabilimento sia a cavi scorrevoli in opera o a piè d'opera.
Nei primi esempi di prefabbricazione per l'edilizia industriale la copertura costituita da travi e coppelle prefabbricate era generalmente sostenuta da strutture gettate, ed eventualmente precompresse, in opera. Molto rapidamente il processo costruttivo si trasformò, a partire dalla fondazione, in un vero e proprio processo di montaggio di elementi già confezionati, stimolando su larga scala l'invenzione di profili e tipi strutturali che fossero congeniali alla nuova tecnica di produzione. A volte infatti la tipologia di elementi in calcestruzzo prodotti in stabilimento e montati in opera ricorda forme e aspetti della carpenteria metallica.
Al solo scopo di segnalare qualche tipo di attacco trave-pilastro tra i più frequenti o tra i più interessanti si ricorda che i pilastri si possono presentare scanalati superiormente o muniti di un elemento prefabbricato appositamente studiato per l'inserimento diretto delle travi; usualmente sono provvisti di mensole per l'appoggio delle travi principali e di eventuali travi carroponte, a volte rinforzate superiormente da un capitello a sua volta collegato mediante tiranti a un elemento a sbalzo.
È interessante il caso dei pilastri a Y ripetuti in gran serie, che, mediante un'opportuna divaricazione dei bracci superiori, permettono una riduzione delle lunghezze delle travi di copertura. Queste ultime vengono studiate in modo da essere strutturalmente leggere e costruttivamente adatte a sposare facilmente l'attacco col pilastro, a volte costituito da un semplice appoggio. La scelta della sezione, generalmente a T, a V, a Π e più raramente a T con bulbo, cerca di soddisfare anche esigenze connesse a problemi d'impianistica e di smaltimento delle acque. Le travi di copertura sono, per la maggior parte dei casi, a parete piena, a sezione costante o variabile, precompresse mediante fili aderenti, a volte anche con barre Dwydag. Nel caso di travi reticolari, il corrente inferiore viene precompresso anche mediante cavi scorrevoli. Una soluzione unitaria del problema del pilastro e della trave può essere offerta dal pannello a Π, che come elemento strutturale orizzontale viene precompresso con fili aderenti, mentre come elemento portante verticale presenta altezza ridotta e viene realizzato in cemento armato; le costole emergenti, che si addentrano nelle strutture di fondazione, costituiscono un interessante motivo formale.
Gli elementi di copertura che vanno appoggiati sulle travi principali hanno le forme più svariate: dal semplice travetto a T rovesciato, per il più facile accoglimento di coppelle in calcestruzzo e di elementi latero-cementizi, alle volte Silberkuhl, che hanno incontrato un notevole successo per l'eleganza del profilo a doppia curvatura che ne consente un apprezzabile sfruttamento strutturale.
Meno frequente l'impiego di lucernari prefabbricati e precompressi a piè d'opera, che in casi particolari possono essere richiesti per il superamento di forti campate.
In questa breve rassegna di tipi e forme strutturali impiegati nelle costruzioni per uso industriale è evidente l'influenza che ha sul disegno la tecnica di costruzione: ancor più nel caso dei ponti, eccetto soluzioni dovute a situazioni contingenti, la varietà degli schemi strutturali e delle forme scelte, più che da un'effettiva varietà d'invenzioni statiche, è determinata dai procedimenti esecutivi che nei singoli casi si rendono più idonei.
Un esame delle ‛opere d'arte' che si sono più diffusamente realizzate nel mondo, e in specie in quei paesi che hanno sviluppato un vasto programma di costruzioni autostradali, mostra che le tipologie possono agevolmente raggrupparsi in funzione della lunghezza delle campate. Infatti, per luci contenute entro i 30-35 m, hanno avuto ampia applicazione i viadotti costituiti da travi prefabbricate in stabilimento con armature aderenti; tali travi sono state spesso trasportate sulla viabilità ordinaria per centinaia di chilometri. È proprio per queste strutture che si esercita l'inventiva dei costruttori alla ricerca di nuovi procedimenti esecutivi puntati verso una tecnologia che comporti una maggiore economia dovuta alla minore incidenza del costo del lavoro rispetto a quello dei materiali.
Una realizzazione che, seppure su luci modeste, acquista un interessante valore testimoniale è il nuovo ponte sulla laguna di Venezia. Eseguito nel suo primo tratto nel periodo 1966-1968, è il primo ponte ferroviario italiano in cemento precompresso.
Per luci superiori, fra i 35 e i 45 m, che corrispondono alle lunghezze della maggioranza dei ponti e viadotti, di regola le travi sono prefabbricate in cantiere e poste in opera mediante varo longitudinale o, se possibile, con autogru. Le caratteristiche di questi manufatti sono quasi costanti e non si possono rilevare che varianti di modesta entità, quali la riduzione del numero di travi e l'aumento dello spessore della soletta. L'importanza di quest'ultima per il completamento dell'impalcato può condurre a soluzioni pressoché integralmente prefabbricate, con travi prefabbricate e precompresse, per esempio a fili aderenti, sulle quali vengono letteralmente infilate delle solette anch'esse prefabbricate e precompresse della larghezza dell'intero impalcato e di lunghezza proporzionata alle attrezzature di sollevamento, trasporto e montaggio. In tal modo la parte gettata in opera si riduce alla sola sigillatura, cioè al solo 3% dell'intero impalcato.
A proposito dell'impegno statico che la soletta assume negli impalcati, si ricordano quelli costituiti da una piastra in cemento precompresso alleggerita mediante fori creati da tubi sottili di gunite retinata disposti longitudinalmente. Questo tipo d'impalcato, che può coprire luci anche oltre i 45 m, non richiede casseforme apposite, offre una notevole resistenza alla flessione e alla torsione e attraverso un comportamento manifestamente ortotropo può realizzare un interessante schema continuo e obliquo.
Le travi prefabbricate e precompresse che costituiscono, appoggiate, la soluzione più frequente per le luci di cui si è detto, trovano impiego anche in viadotti con campate da oltre i 50 m fino agli 80 m, dove funzionano ancora appoggiate su mensoloni aggettanti dalle pile in uno schema tipo Gerber. Questo sistema è facilitato dalla possibilità di costruire mensole di 10-20 m con centine fisse ammorsate alle pile stesse; dopo di che si possono varare longitudinalmente, mediante appositi tralicci metallici, travi prefabbricate di 35-45 m, ricadendo per luci più modeste nei mezzi d'opera usuali.
Il superamento di lunghezze maggiori, dagli 80-90 m fino ai 150-160 m, trova in genere soluzione mediante struttura a cassone eseguita a sbalzo dalle pile con cassero scorrevole. In tale sistema le travate d'impalcato, in cemento precompresso, sono realizzate a conci successivi, procedendo a sbalzo da ambo i lati delle pile, sufficientemente rigide per assorbire i momenti flettenti non equilibrati. L'armatura per la precompressione che trova alloggio nella soletta rende solidali i singoli conci ai precedenti; i conci diventano così autoportanti e capaci di sostenere il peso di uno speciale carrellone semovente che sostiene il peso di ogni concio successivo e funziona come una grande cassaforma scorrevole. Il procedimento è agevolato dall'impiego di barre di grande diametro di acciaio ad alta resistenza, sia per la loro rigidezza, sia per la facilità di ripresa del tiro, sia per la possibilità di adeguare la lunghezza delle barre secondo le necessità.
Questo procedimento offre la possibilità di progettare una varietà di schemi strutturali a mensola, parziale o totale, resa solidale oppure no, e al tempo stesso può trovare un interessante raccordo costruttivo nell'impiego della tecnica dei casseri rampanti per la costruzione delle pile, di cui si è già detto a proposito dell'edilizia multipiana.
Ancora a proposito d'industrializzazione nel campo dei ponti si ricorda, oltre il sempre più frequente impiego di solette prefabbricate, il ritorno a strutture a conci precostruite, che viene ad assumere un significato nuovo per l'ampiezza delle applicazioni e l'elevata industrializzazione della produzione.
Tentativi lodevoli, seppure limitati a casi episodici e di luci non elevate, sono lo schema di struttura continua autovarante o a mezzo di strallatura provvisoria (50 m) o con l'ausilio di un avambraccio metallico di lunghezza superiore al 50% della luce (36 m), ovvero, in alternativa, il carro di getto autovarante, costituito da una centinatura metallica che consente il getto in opera delle campate successive, spostandosi in modo autonomo dall'una all'altra (luci fra i 35 e i 45 m). Questo secondo sistema, che si è dimostrato capace di realizzare elevate velocità di costruzione (8-10 giorni per ciascuna campata), presenta anche una forte adattabilità a diversi schemi strutturali e può quindi innescare nel futuro una varietà di altri tipi costruttivi.
Un episodio di rilevanza particolare per l'importanza dell'intervento e per l'altissimo grado di specializzazione è il viadotto Sarno sull'autostrada Caserta-Nola-Salerno, dove gli impalcati vengono realizzati in un pezzo unico monolitico del peso di 500 tonnellate, con possibilità di posa in opera di due o tre campate alla settimana. In questo caso ai vantaggi della soluzione prefabbricata si unisce la monoliticità delle strutture, l'assenza di tutti i problemi derivanti dall'‛assiemaggio' di elementi diversi e la possibilità di ridurre al massimo i quantitativi di calcestruzzo e di acciaio, essendo la precompressione applicata fin dall'inizio all'intera sezione utile.
Questa rassegna di tipologie strutturali non ha la pretesa di esaurire la panoramica di tutti i numerosi schemi costruttivi che possono ritrovarsi nel campo dei ponti e viadotti in cemento armato e in cemento precompresso, ma soltanto di rappresentare una certa evoluzione tipologica in funzione delle luci in tutti quei casi nei quali la ricorrenza di certe condizioni iniziali ha permesso una considerevole standardizzazione dei tipi e delle modalità costruttive.
Altro campo nel quale va diffondendosi l'impiego di sistemi industrializzati e in particolare l'adozione di elementi strutturali prefabbricati è quello dei serbatoi idrici e dei contenitori in genere: la prefabbricazione va adoperata ancora con cautela perché la presenza di liquidi ne condiziona l'impiego in funzione della perfetta tenuta e impermeabilità. Questa esigenza si riflette sulla cura con la quale devono essere realizzati i collegamenti e i giunti fra le varie parti prefabbricate.
Nel caso dei serbatoi sopraelevati, i due componenti strutturali, fusto e vasca, presentano non solo un impegno statico diverso, ma si differenziano anche per le modalità costruttive. Per il sostegno è frequente l'adozione di casseri rampanti, o di conci prefabbricati sovrapposti, resi poi solidali mediante precompressione, ovvero l'uso di casseri autoportanti, costituiti da pannelli che vengono montati, ‛assiemati' e successivamente sigillati. Per la vasca si possono impiegare ancora casseri rampanti, complicati però dalla forma della vasca, ovvero elementi prefabbricati, quali piastre o volte, successivamente resi solidali ed eventualmente precompressi, o ancora si può realizzare a terra, in un unico getto, un elemento monolitico che viene poi sollevato mediante martinetti idraulici.
Nel caso di parete nervata un interessante sistema è quello di eseguire le nervature in posizione verticale, anche a mezzo di casseri rampanti, e di aprirle successivamente a ombrello con l'ausilio di funi ancorate al fusto, che vengono a costituire successivamente il sostegno della copertura.
Le considerazioni fin qui fatte per i serbatoi sopraelevati possono facilmente applicarsi a silos e torri, per quanto riguarda la realizzazione delle pareti col metodo delle casseforme rampanti, o all'impiego di elementi strutturali prefabbricati. Per i grandi contenitori interrati l'industrializzazione si può conseguire anzitutto con la scelta di un conveniente schema progettuale, fondato su un modulo elementare che si ripeta il maggior numero di volte. La costruzione degli elementi strutturali costituenti il modulo avviene poi ricorrendo a elementi prefabbricati ‛assiemati' in cantiere, oppure attraverso getto in opera con casseforme-centine mobili utilizzabili un rilevante numero di volte, ovvero casseforme perdute il cui costo sia compensato da risparmi di tempo e di mano d'opera.
3. Associazione e coesistenza di materiali diversi
L'evoluzione tecnologica dei materiali e la ricerca di soluzioni maggiormente impegnative hanno portato negli ultimi tempi a valorizzare sempre più le caratteristiche resistenti dei materiali e le tipologie che essi meglio esprimono e a concepire, con maggior consapevolezza, strutture costituite da calcestruzzo armato e precompresso in collaborazione con altri materiali, in particolare l'acciaio.
Questo processo d'integrazione, che nasce dalla difficoltà e a volte dall'impossibilità di realizzare una certa opera con lo stesso materiale, e di conseguenza dall'opportunità di non forzare la soluzione sotto l'aspetto tecnico-costruttivo e quindi economico, offre frequentemente l'occasione per ripartire fra i diversi materiali, in maniera strutturalmente ineccepibile, i rispettivi compiti statici.
Nell'edilizia multipiana l'associazione di elementi di controvento in calcestruzzo armato (nuclei o pareti) con ossatura in acciaio (travi e pilastri) costituisce un esempio ricorrente e significativo di soluzione mista nella quale le doti di resistenza dell'acciaio vengono accoppiate a quelle di maggior rigidezza del calcestruzzo.
Ricorre frequentemente in questi tipi di combinazione lo schema del nucleo centrale di calcestruzzo cui fa capo l'intelaiatura perimetrale in acciaio. L'incontro fra i vari aspetti e problemi distributivi, strutturali e impiantistici può essere risolto con uno studio accurato della pianta, mentre la ripartizione degli sforzi varia in funzione dello schema di attacco della struttura in acciaio al grosso pilone in calcestruzzo. Dallo schema a mensole, nel quale le piastre di piano fanno capo esclusivamente al nucleo centrale, si passa a schemi nei quali il nucleo e le colonne si ripartiscono le azioni orizzontali con l'eventuale presenza di una piastra a traliccio che riunisce superiormente tali elementi, oppure di pareti reticolari verticali. Si arriva così, impegnando al massimo le capacità resistenti dei vari materiali, a quelle strutture costituite da un nucleo di calcestruzzo che si espande alla sommità in un ‛cappello', al quale sono sospesi a mezzo di tiranti in acciaio i solai dei diversi piani. Questi impalcati, in genere costituiti da calcestruzzo leggero, prefabbricato e a volte precompresso, possono essere montati utilizzando i tiranti già predisposti come guide di sollevamento.
Si tratta di vere e proprie tensostrutture di cui ricorrono esempi in varie città del mondo, quali la torre Colon a Madrid, l'Hotel Okura ad Amsterdam, l'Hambro's Bank a Londra, dove le azioni orizzontali sono affidate integralmente al nucleo in regime di pressoflessione, mentre i carichi verticali vengono sopportati dalla pilastratura in acciaio che risulta esclusivamente tesa.
Dal punto di vista costruttivo la tecnica dei casseri rampanti è essenziale per la costruzione del nucleo intorno al quale o entro il quale realizzare il complemento della costruzione. Un esempio significativo è il Konferenzzentrum di Vienna, in corso di realizzazione, costituito da una struttura in cemento armato a blocchi verticali, contenente tutti i servizi, eseguita con casseri rampanti: l'impalcato in struttura mista acciaio-calcestruzzo viene sollevato in quota dalla gru per la dimensione voluta e unito ai blocchi in modi diversi, per esempio attraverso presollecitazioni.
Non meno interessante è l'associazione di calcestruzzi strutturali di diversi tipi e comportamenti. Nell'edificio per uffici della BMW a Monaco, costituito da un nucleo centrale sormontato da due travi a sbalzo disposte a croce, alle quali sono sospesi quattro corpi periferici, si trovano a collaborare efficacemente il calcestruzzo normale del nucleo centrale e delle travi superiori incrociate, quello precompresso delle fondazioni e quello leggero dei solai.
Una soluzione strutturale, discussa esteticamente, ma di certo innovativa per la sua tipologia di transizione, è quella dell'edificio della Federal Bank di Minneapolis, il cui schema, pur appartenendo ufficialmente al campo delle tensostrutture, si avvicina nella sostanza a quello dei ponti a grandi luci. La struttura è costituita da due torri di calcestruzzo alte 61 m e distanziate per tutta la lunghezza dell'edificio, cui fanno capo due catenarie a curvatura contrapposta che sopportano i carichi verticali a essa trasmessi da una fitta pilastratura, secondo gli schemi statici del ponte sospeso nella parte inferiore e del ponte Maillart nella parte superiore.
Indubbiamente, quando le luci da superare cominciano ad assumere valori notevoli, come nel caso di alcune coperture, si giustifica l'adozione di schemi statici che si avvicinano alla tipologia dei ponti sospesi o strallati, come per la copertura delle Cartiere Burgo a Mantova o delle aviorimesse di Fiumicino che ripropongono il motivo strutturale dell'eccezionale ponte di Maracaibo.
Lo schema della tensostruttura in acciaio, vincolata a eleganti strutture in calcestruzzo e diffondentesi in senso longitudinale o radiale, costituisce una razionale soluzione di utilizzo delle funi tese come supporti di elementi di copertura leggeri e trasparenti. È un'interessante associazione di materiali diversi, strutturali e no, che ricorre per la copertura di grandi impianti sportivi o di padiglioni destinati a esposizione o a sale di riunione. Esempi significativi sono la Congress Hall di Berlino e lo stadio delle Olimpiadi di Monaco.
Ancora nel campo degli impianti sportivi la collaborazione fra più materiali permette di recuperarne alcuni che, come il legno, possono conferire qualità estetiche pregevoli: è il caso dello stadio del ciclismo di Monaco la cui copertura è costituita da materiale flessibile e traslucido al 70%, che viene sostenuto da un'armatura di acciaio tesa fra nervature di legno, a loro volta poggianti su una struttura in calcestruzzo.
Un accoppiamento più tradizionale, ma non meno ricco d'interessanti possibilità anche dal punto di vista estetico, è quello del calcestruzzo col laterizio, di cui sono esemplari le realizzazioni di volte a semplice o doppia curvatura o le superfici a paraboloide iperbolico.
Un discorso a sé merita la soluzione mista acciaio-calcestruzzo realizzata da Nervi all'esposizione ‛Italia '61' di Torino, che ricopre un ambiente di circa 1.600 m2 mediante raggiere in acciaio che aggettano per circa 20 m e sono infilate alla sommità di piloni in calcestruzzo a sezione variabile. È uno schema dimostrativo delle possibilità funzionali ed estetiche che si raggiungono con due semplici elementi strutturali quali il pilastro e la piastra nervata; il loro incontro esprime felicemente la coerenza di ciascuno di essi con la propria vocazione tipologica.
Nel campo dei ponti le capacità associative del calcestruzzo con l'acciaio ricoprono una gamma di soluzioni che vanno dalle semplici strutture miste, dove la soletta in calcestruzzo viene resa solidale alla trave in acciaio mediante opportuni connettori, fino all'inserimento di una tipologia strutturale in acciaio in un analogo contesto in calcestruzzo.
Esempi di strutture miste sono i numerosi cavalcavia che sovrappassano le autostrade, o molti casi di sopraelevate urbane, dove può essere utile avvalersi, prima del getto di calcestruzzo, di preventivi e ben dosati stati di coazione al fine di migliorare il comportamento statico dell'insieme sotto i carichi di esercizio. Un esempio interessante è il ponte sull'Entella a otto campate su una lunghezza complessiva di 720 m: nelle due travate centrali sono previste, a maturazione avvenuta del getto della soletta in cemento armato, distorsioni mediante cedimenti differenziali impressi agli appoggi intermedi.
Nell'ultima categoria rientrano due episodi invero eccezionali realizzati sull'autostrada Salerno-Reggio di Calabria in zona di elevata sismicità: il ponte sul Lao, o ponte Italia, e il viadotto sulla fiumara dello Sfalassà. In ambedue i casi, seppure con modalità costruttive diverse, la struttura in acciaio a lastra ortotropa risolve il problema dell'attraversamento nella parte centrale dove le altezze dal fondovalle raggiungono i 250 m. Nel ponte Italia la travata metallica continua sulle alte pile in cemento armato supera la lunghezza di 425 m ed è costruita simmetricamente per avanzamento a sbalzo. Nel viadotto sullo Sfalassà lo schema strutturale, anch'esso continuo, su una lunghezza di 375 m, si fonde compiutamente con la tecnica di costruzione che prevede la rotazione di due puntoni simmetrici corrispondenti agli appoggi centrali; i viadotti di accesso in cemento armato precompresso hanno funzionato come piattaforme di lavoro per il varo della struttura in acciaio.
In un settore del tutto diverso, quale quello delle costruzioni marittime, è oggi in fase di realizzazione il più notevole esempio di associazione di materiali diversi: il bacino galleggiante di carenaggio di Genova per superpetroliere da 350.000 tonnellate di stazza, costituito da otto elementi prefabbricati con struttura brevettata formata da un reticolo spaziale in acciaio, che collega le solette della platea realizzate in calcestruzzo leggero precompresso, e da murate realizzate con lo stesso materiale.
Quanto si è detto non costituisce che una rassegna sommaria delle innumerevoli possibilità di coesistenza di materiali diversi e della più razionale utilizzazione delle loro intrinseche capacità resistenti. È una problematica che si estende alle più svariate costruzioni e che sempre più andrà affermandosi nelle realizzazioni del futuro, mentre l'avvento di nuovi materiali strutturali semplici o composti appartiene già al presente.
4. Teoria e sperimentazione
Le ricerche sul cemento armato alle origini sono state influenzate dalle idee degli ingegneri dell'epoca nel campo delle costruzioni metalliche. Era dunque naturale che anche per il calcestruzzo si pensasse, allora, a un comportamento relativamente semplice come quello dell'acciaio, con legami ben definiti tra tensioni e deformazioni e rapporto costante fra i rispettivi moduli di elasticità.
Questa base di partenza ha condotto a dei metodi di calcolo nei quali la fase elastica è stata la sola a essere presa in considerazione. La cosiddetta ‛teoria convenzionale del cemento armato' si basava infatti sull'ipotesi della conservazione delle sezioni piane, tipica dei materiali omogenei, elastici e isotropi, alla quale andavano aggiunte quelle più specifiche del nuovo materiale, riguardanti il suo comportamento a trazione e la sua aderenza all'acciaio.
Ma ci si è poi resi conto a poco a poco che la realtà era lontana dall'essere così semplice e che alcune grandi opere si comportavano in maniera soddisfacente anche quando le teorie ufficiali avevano fatto prevedere valori delle tensioni incompatibili con una sufficiente sicurezza, mentre opere calcolate in maniera regolamentare presentavano nel tempo inspiegabili fenomeni di perdita di resistenza.
La sperimentazione procedeva abbastanza di pari passo con l'evoluzione di questi concetti, a volte seguendo lo sviluppo teorico di una ben precisa impostazione, a volte precedendo e determinando la formulazione di certi legami; si può a ragione affermare con Hermite, che è stato per molti anni direttore dei Laboratoires des Batiments et des Travaux Publics francesi, che ‟la tecnica del cemento armato è stata dal primo momento fondata su una solida base sperimentale e che il metodo del calcolo poggia su delle serie osservazioni fatte da sperimentatori di primissimo ordine".
La conoscenza acquisita in numerosi anni di ricerche e d'interpretazione dei risultati ha permesso di elaborare un corpo di dottrine razionali che hanno consentito di considerare il calcestruzzo come un materiale autonomo (meriterebbero di essere definite come ‛scienza del calcestruzzo'), partendo dai primi studi sulla granulometria fino ai più recenti risultati di ricerche sulle deformazioni differite.
Si possono individuare varie direttrici di ricerca: da quelle che sviluppano le cosiddette teorie elasto-plastiche basate sulla conoscenza dei fenomeni lenti, e quindi sull'acquisizione del concetto di modulo elastico iniziale, a quelle collegate alle ‛teorie del II ordine' e a quelle che studiano l'influenza delle deformazioni sugli sforzi interni e i conseguenti fenomeni d'instabilità.
La sperimentazione a fessurazione e rottura di elementi semplici isostatici e iperstatici fornisce interessanti indicazioni sulle riserve di resistenza che il calcolo usuale non prende in considerazione. Dalla nozione di verifica della sicurezza nel punto si passa alla definizione di sicurezza a rottura nella sezione, con relativa ridistribuzione dello stato tensionale, e ancora a una concezione di sicurezza al collasso dell'intera struttura, dove le modalità di ridistribuzione degli sforzi sono oggetto di diversi e a volte contrastanti modelli di calcolo.
La fessurazione comincia a essere tollerata, con determinate cautele, in alcune normative, mentre le verifiche a rottura sia per il cemento armato che per il cemento precompresso vengono sempre meglio approfondite anche per l'impegno di alcune associazioni tecniche internazionali del genio civile quali il Comité Européen du Béton (C.E.B.) e la Fédération Internationale de la Précontrainte (F.I.P.).
Il progetto delle sezioni in calcestruzzo armato tende a utilizzare sempre meglio la conoscenza del materiale ottenuta attraverso i risultati di una sperimentazione permanente e qualificata. I recenti studi sul dimensionamento a duttilità controllata delle sezioni inflesse in cemento armato costituiscono uno dei capitoli nuovi della ricerca, che potrà trovar posto in una futura normativa tecnica.
Il controllo della sicurezza mediante le tensioni ammissibili viene gradualmente sostituito dalla verifica ai cosiddetti ‛stati limite', sui quali si ritornerà nel cap. 5.
Le ipotesi sui carichi agenti e sulle caratteristiche resistenti dei materiali, che in passato venivano formulate su base deterministica, vengono concettualmente sostituite da considerazioni probabilistiche applicabili laddove si disponga di una vasta conoscenza statistica delle variabili in gioco.
Il calcolo si fa quindi sempre più raffinato e l'applicazione dei più moderni strumenti dell'analisi strutturale contribuisce alla soluzione di problemi che anni fa apparivano insormontabili. Ciò non toglie che per numerose strutture l'indagine teorica si presenti ancora molto complessa; in alcuni casi non si conosce la soluzione matematica del problema ovvero, pur conoscendola, risulta estremamente laborioso e difficile definirne le premesse o condizioni al contorno. In tal caso si presenta di particolare interesse il ricorso alla sperimentazione su modelli riprodotti in scala, che permette l'esame e la valutazione accurata delle variabili in gioco e che è tanto più interessante, anche se più onerosa, quanto più le condizioni del modello si avvicinano a quelle del prototipo.
La teoria dei modelli, che si fonda sul principio di similitudine fisica fra il prototipo e il modello, è stata accompagnata in questi anni da un notevole progresso delle tecniche sperimentali: da quelle che attraverso misure estensimetriche dirette sfruttano il modello come una sapiente ‛macchina calcolatrice' degli sforzi da confrontare con i risultati teorici, a quelle, particolarmente adatte al calcestruzzo semplice e armato, che vengono impiegate per ricercare nei modelli la somiglianza col prototipo piuttosto che la conferma dei calcoli. Questi metodi, anche se non obbediscono a schematizzazioni teoriche preconcette, avvicinano la realtà al singolo episodio copiandone le caratteristiche peculiari, senza rinunciare quindi a introdurre nel modello materiali, fondazioni, vincoli, funzioni e modalità esecutive in genere. Il modello viene poi provato in condizioni di carico normale, corrispondenti in genere alle condizioni di esercizio della costruzione o comunque previste dal progettista, e provato a oltranza per saggiare il coefficiente globale di sicurezza.
Alcuni esempi interessanti studiati presso l'Istituto Sperimentale Modelli e Strutture (I.S.M.E.S.) di Bergamo sono: il modello in calcestruzzo sottile armato, in scala 1:15, della St. Mary's Cathedral a San Francisco, che è già stato sottoposto alle prove a rottura; il modello elastico in resina epossidica del Palasport di Norfolk (Stati Uniti), in scala 1:50, di cui si nota il complesso di apparecchiature per le prove dinamiche; il modello, in scala 1:15, del grattacielo Pirelli, sul quale sono in corso le prove statiche per la simulazione degli effetti del peso proprio e del vento; il modello elastico in resina del grattacielo Parque Central a Caracas, in scala 1:40, che viene sottoposto sul tavolo vibrante a prove sismiche.
5. La sicurezza strutturale e la normativa tecnica
Il concetto di sicurezza e quindi i codici e le norme sulla sicurezza delle costruzioni risalgono notoriamente ai primordi dell'attività stessa del costruire.
I primi studi a carattere scientifico sulla resistenza dei materiali e delle strutture sono dovuti a Galileo (1538), che esaminò sperimentalmente e teoricamente la resistenza a rottura di travi in caso di trazione o flessione. Nel XVIII secolo furono sviluppate ricerche sulla resistenza a rottura di archi in muratura (Coulomb), ma solo nel XIX secolo fu studiato a fondo il problema base della sicurezza delle strutture, e cioè quello della resistenza del materiale. Vennero allora formulati i più importanti criteri intesi a caratterizzare lo stato di crisi puntuale del materiale, dai quali ebbe origine il concetto di sicurezza delle strutture.
Alla base di questo concetto è la verifica puntuale del materiale che, operativamente, si traduce nel metodo delle tensioni ammissibili.
Al successivo approfondimento dello studio del comportamento dei materiali oltre il limite elastico, e cioè del comportamento plastico del materiale fino alla rottura, è dovuta la conseguente evoluzione del concetto di sicurezza, che viene a identificarsi non più con la sicurezza nei riguardi della crisi puntuale del materiale, ma nei riguardi della crisi di una parte o dell'intera struttura.
Le prime formulazioni sul calcolo a rottura di strutture iperstatiche vengono fatte risalire a Kist (1917) e a Kazinczy (1914), ma solo dopo la seconda guerra mondiale si ebbe il pieno sviluppo e la diffusione del limit design: il primo testo organico sull'argomento è infatti dell'anno 1948 (Van der Broek), mentre la prima regolamentazione è dell'anno 1949 (British standard 449).
La successiva evoluzione del concetto di sicurezza è dovuta all'affermarsi di una visione più realistica e precisa del comportamento delle strutture, che si basa su un'analisi statistica dei carichi e della resistenza dei materiali e su una valutazione probabilistica del grado di sicurezza della struttura: si giunge così alla formulazione più moderna del concetto di sicurezza che viene a essere direttamente collegato con la probabilità di collasso della struttura, o quanto meno della sua fuoriuscita di servizio. Le prime analisi statistiche sui carichi agenti sulle strutture e sulla resistenza dei materiali sono dovute a Levi (1950) e a Freudenthal (1956). L'approccio semiprobabilistico è stato introdotto da Wierzbicki (1946), mentre i primi studi di tipo probabilistico, intesi a valutare la probabilità di collasso della struttura, sono dovuti a Levi (1953), a Torroya (1959) e a Freudenthal (1960).
Da quanto detto si può asserire che, allo stato attuale delle conoscenze, i principî della sicurezza strutturale possono fondarsi su tre diverse concezioni: 1) il criterio delle tensioni ammissibili; 2) il metodo della verifica a rottura; 3) il procedimento semiprobabilistico agli stati limite.
Il primo criterio presta il fianco a numerose critiche, fra le quali la più importante è che esso limita la verifica a punte tensionali in determinate fibre di determinate sezioni maggiormente sollecitate, mentre la maggior parte delle sezioni della struttura resta largamente e antieconomicamente al di sotto dei valori ammissibili convenzionali. Inoltre non può venire chiaramente evidenziata l'influenza di forze e deformazioni impresse, il cui effetto è maggiormente sentito al di fuori del campo elastico. Per quanto riguarda poi l'esame del solo comportamento in servizio delle strutture, non sempre puramente elastico, è chiaro che il metodo non garantisce nemmeno il proporzionamento più conveniente nei riguardi della sicurezza a rottura.
Queste considerazioni contribuiscono a ribadire che il criterio delle tensioni ammissibili non può costituire l'unico fondamento di una moderna normativa, pur dovendosi riconoscere che per taluni aspetti del comportamento delle strutture esso si presenta ancora interessante.
Per quanto riguarda il secondo metodo, la verifica a rottura, il procedimento disponibile è quello del limit design, che corrisponde a una situazione statica ben definita e che consente effettivamente di conseguire un dimensionamento efficace ai fini della resistenza. Anche a tale metodo possono peraltro muoversi alcune critiche, fra le quali la più importante è che, preoccupandosi della sola sicurezza a rottura, non si è automaticamente garantiti per un soddisfacente comportamento in condizioni di esercizio. Ad ambedue gli anzidetti procedimenti va poi addebitato il fatto di non tenere in alcun conto il carattere aleatorio delle diverse grandezze in gioco, quali le azioni esterne e le caratteristiche dei materiali, da cui dipende essenzialmente il comportamento della struttura.
Sulla base delle considerazioni fatte va riconosciuto che una corretta impostazione del problema della sicurezza deve tener presenti tutti gli aspetti del comportamento della costruzione e per ciascuno di essi deve prevedere un metodo di verifica che tenga conto di tutti gli elementi d'incertezza.
La prima esigenza può essere soddisfatta attraverso una opportuna definizione, scelta e classificazione degli ‛stati limite', ovvero di quelle situazioni che corrispondono a soglie di funzionalità della costruzione, mentre la seconda questione può venir risolta impostando la verifica, per quanto possibile, su base probabilistica, e cioè attraverso il controllo della probabilità che venga raggiunto uno stato limite: per esempio, in relazione alle effettive resistenze dei materiali impiegati rispetto ai valori assunti in sede di progetto e all'intensità dei carichi e delle deformazioni impresse statisticamente prevedibili. Nella pratica tecnica tale criterio risulta inapplicabile per la mancanza di dati statistici, per esempio, sulle variabili menzionate e quindi per l'impossibilità di esprimere tutte le incertezze in valori di probabilità. Si adotta perciò una soluzione di compromesso ‛semiprobabilistica', con la quale si rinunzia a calcolare una probabilità di raggiungimento di uno stato limite, ma si opera ricoprendo una parte delle incertezze con dei coefficienti forfettari, ovvero, praticamente, introducendo delle grandezze significative dal punto di vista probabilistico che sono i ‛valori caratteristici' e i ‛valori di calcolo'.
Gli ‛stati limite' sono delle situazioni a partire dalle quali la costruzione o una delle sue parti cessa di assolvere la funzione alla quale era destinata e per la quale era stata progettata e costruita. Pertanto la sicurezza dovrebbe essere indicata dalla probabilità che questi ‛stati' non siano superati.
Gli stati limite che vengono considerati usualmente si possono dividere in due categorie: 1) stati limite ultimi, corrispondenti al valore estremo della capacità portante; 2) stati limite di esercizio, legati alle esigenze d'impiego normale e di durata.
Il raggiungimento di uno stato limite può essere provocato dall'intervento concomitante di vari fattori di carattere aleatorio, quali quelli anzidetti relativi alla resistenza dei materiali o delle sezioni esterne. L'obiettivo delle verifiche di sicurezza è di mantenere la probabilità di raggiungimento dello stato limite considerato entro il valore prescelto, in funzione del tipo di costruzione preso in esame e della prevista durata di esercizio.
I criteri in base ai quali si può scegliere tale probabilità sono di diversa natura (economici, analogici, giuridici, morali) e comportano un certo prezzo. Prezzo che interviene nel costo ottimale della costruzione insieme al suo costo iniziale Ci e alle spese per la sua manutenzione Ce, capitalizzate per il suo periodo di utilizzazione, tenendo anche presente l'ammontare del premio di assicurazione che coprirebbe i rischi di danni umani e materiali durante la costruzione e l'utilizzazione dell'opera. Pertanto la scelta della probabilità P di collasso si deve fare minimizzando il costo globale C = Ci + Ce + P (D − Ci − Ce), dove D è l'entità dei danni.
Le considerazioni fin qui svolte sono alla base dell'impostazione di una moderna normativa tecnica e sono state infatti già recepite in molti regolamenti nazionali, soprattutto per l'azione fortemente stimolante, in chiave culturale, esercitata dalle già citate associazioni tecniche internazionali del genio civile.
Queste associazioni, che si sono formate negli anni cinquanta per l'iniziativa di alcuni paesi e poi si sono via via potenziate attraverso un tenace e intelligente lavoro di coordinamento, di studio e di ricerca, hanno permesso la formulazione di criteri generali per un model code sulle costruzioni in cemento armato e cemento armato precompresso, che costituisce il documento base per le future normative delle varie nazioni.
L'evoluzione della normativa è pertanto essenzialmente legata alla sempre più approfondita presa di coscienza del problema della sicurezza, sulla quale hanno influenza diretta il progresso tecnologico dei materiali e la valutazione sempre più attendibile delle loro proprietà, così come il perfezionamento dei metodi e degli strumenti di calcolo a partire da una più realistica formulazione delle ipotesi di carico. Ciò è chiaramente dimostrato da una sia pure rapida scorsa ai vari regolamenti a partire dai primi del secolo. L'incremento delle caratteristiche resistenti dei materiali, dovuto per il calcestruzzo a modalità di assortimento e confezione meglio studiate e per l'armatura dovuto all'introduzione di acciai a elevato limite elastico; il migliora- mento delle proprietà di aderenza; il controllo della qualità e omogeneità della produzione sia in stabilimento che in cantiere, attraverso la valutazione della dispersione e quindi l'introduzione della resistenza caratteristica; il peso dato ai fenomeni differiti e alla loro influenza sulle cadute di tensione: questi sono tutti fattori che hanno contribuito a una più ponderata e più economica valutazione della sicurezza.
Anche per il calcestruzzo leggero la normativa tecnica ha seguito un'evoluzione, seppure ostacolata dalle differenze esistenti tra le varie normative nazionali. Per quanto riguarda l'associazione acciaio-calcestruzzo, che in molti paesi ha già avuto i primi regolamenti, è in preparazione a cura delle associazioni tecniche internazionali, e più specificamente del C.E.B. e della C.E.C.M. (Convention Européenne de la Construction Métallique), un manuale per il calcolo delle strutture miste che, basandosi sulle proprietà dei singoli componenti, mette a fuoco i problemi che nascono dalla loro collaborazione.
6. L'espressione estetica e l'influenza tecnologica
La capacità espressiva di una costruzione dipende soprattutto dal soddisfacimento della funzione che essa deve assolvere e dall'impiego ottimale del materiale più idoneo a esprimere la tipologia strutturale scelta.
Le opere di maggior pregio da questo punto di vista sono generalmente quelle in cui il progettista ha tenuto pienamente conto delle qualità intrinseche e delle prestazioni del materiale e ha cercato attraverso la scelta della struttura il più felice inserimento nell'ambiente esterno senza per questo rinunciare a una chiara indicazione della sua funzione resistente. Tuttavia, in un primo tempo, data la conoscenza non adeguata delle possibilità del cemento armato, ci si era ispirati alle tipologie tipiche di altri materiali meglio conosciuti, e particolarmente l'acciaio. Quindi il trasferimento delle sezioni resistenti dall'uno all'altro materiale, in relazione alle rispettive prestazioni statiche, ha rischiato di far apparire la costruzione in cemento armato inevitabilmente massiccia, soprattutto per il fatto che il cemento armato ‛nasconde' la propria armatura e bisogna intuirne tanto meglio le intrinseche capacità di resistenza a trazione quanto più l'impegno statico trova riscontro nell'aspetto formale.
Le aviorimesse di Orbetello, progettate e costruite da P.L. Nervi negli anni 1935-1941 e andate distrutte durante la guerra, costituiscono, oltre che un esempio di avanguardia di prefabbricazione strutturale, un episodio irripetibile di perfezione strutturale nel quale l'intrinseca leggerezza degli elementi costruttivi viene evidenziata dal ritmo serrato prodotto dall'affiancamento di elementi eguali fra loro.
Lo stesso giudizio si può esprimere nei riguardi del viadotto della Fiumarella a Catanzaro: lo slancio dell'arco con il suo profilo che si sfiocca in corrispondenza dei vincoli terminali è completato dall'eleganza dovuta all'inclinazione degli elementi di collegamento del ponte alla travata e dalla forma efficace dei sostegni dell'impalcato di accesso al vero e proprio viadotto.
Il nuovo Municipio di Toronto celebra una nuova espressione architettonica, in cui il cemento armato assurge al ruolo di autentico protagonista. La singolarità delle pareti esterne, senza aperture, è accentuata dalle profonde incisioni verticali, che ritmano a tutt'altezza le superfici delle torri.
Il ponte sulla gola del Salgina presso Schiers, in Svizzera, il cui arco della portata di 90 m è il più lungo che Maillart abbia mai costruito, offre per la sua posizione una suggestione di ardimento che un occhio esperto può riferire con immagine retrospettiva anche alla fase di montaggio della centina, già essa un'audace sfida tecnica per quell'epoca (1929-1930); oggi una diversa valutazione della collaborazione statica del parapetto o una concezione costruttiva più avanzata nulla toglierebbe all'armonia del ponte.
Nel Palazzetto dello Sport di Roma, realizzato per le Olimpiadi del 1960, la superficie da costruire è scomposta in elementi secondo un gioco geometrico le cui ragioni costruttive diventano portatrici di forte suggestione formale. Il motivo dei cavalletti divaricati verso l'alto che puntellano il bordo ondulato della copertura si ritrova anche in altre strutture, come il ponte canale di Alloz progettato da Torroja.
Nel grattacielo di Place Victoria a Montreal la funzione portante dei quattro pilastri bianchi agli angoli dell'edificio è enfatizzata anche per il contrasto cromatico con gli scuri volumi in cui esso si scompone attraverso apparenti soluzioni di continuità create dai piani tecnici.
Alle volte il giudizio su un'opera può risultare influenzato dalla conoscenza delle sue vicende statiche e la bellezza stessa delle strutture terminate è arricchita dal ricordo di fasi costruttive particolarmente impegnative: è il caso del ponte Van Staden's in Sudafrica che costituisce il primo esempio del procedimento di costruzione per conci a sbalzo sospesi applicato a un arco che, per la portata di 200 m, si colloca al secondo posto nel mondo. Anche un occhio profano potrebbe immaginare la sequenza delle fasi costruttive fino al momento magico del contatto in chiave e intuire i pericoli derivanti dalla presenza di equilibri instabili che avrebbero potuto compromettere irrimediabilmente la collaborazione degli elementi compressi.
Altre volte soluzioni che corrispondono a una motivata preoccupazione statica possono prestarsi a realizzare una sintesi completa fra struttura e organismo funzionale. È il caso dell'edificio Torres Blancas di 24 piani, a Madrid, la cui struttura portante è costituita da pareti curve a spessore sottile con una varietà formale che crea un brillante effetto strutturale.
E così pure la torre della Standard Bank a Johannesburg, Sudafrica, denuncia con chiarezza le ragioni e le vicende della struttura, costituita da piani sospesi e realizzata con unità prefabbricate; i tre volumi in cui appare scomposta evidenziano la leggerezza dovuta all'impiego di calcestruzzo confezionato con inerti artificiali.
Se l'opera è ben concepita e la sua geometria ben proporzionata, in modo che forme e dimensioni siano così armoniche da passare quasi inosservate, essa viene anche fortemente valorizzata dalla natura circostante. La diga della Girotte, costruita nel 1949 con la consulenza di Caquot, rappresenta con le sue volte riflesse nel lago un esempio mirabile di armonizzazione fra strutture e natura, senza nulla togliere al significato funzionale dell'opera.
In alta montagna la diga, pur stagliandosi sul profilo delle vette e delle valli che la circondano, può risultare anch'essa un elemento ‛naturale': come lo sbarramento del Chiotas, in corso di esecuzione nella valle dell'Alto Gesso (Cuneo), che col progredire della costruzione si va sempre meglio inserendo nell'ambiente circostante.
Il viadotto del Polcevera a Genova, mirabilmente inserito nell'ambiente ed evidenziato dalla struttura centrale strallata che supera le maggiori lunghezze e si spegne nel raccordo con gli elementi di svincolo, fa intuire le ragioni delle diverse tipologie adottate e comunica un'impressione di arditezza per la sua collocazione al di sopra della città e del suo parco ferroviario.
Per contro, il viadotto di Modica in provincia di Ragusa, il più alto d'Europa in cemento armato, con i suoi 130 m dal fondovalle, si staglia con forza sul ridente paesaggio di una terra economicamente depressa, quasi a significare un primo sintomo di riscatto e di elevazione sociale.
Anche tra opere diverse si può ritrovare un linguaggio strutturale comune attraverso il filo conduttore dell'espressione estetica e dell'efficienza statica. I cavalletti a V che esprimono con forza ed eleganza un elemento strutturale di sostegno; i tiranti che partendo da una struttura di ammorsaggio si vanno a inserire nel corpo della costruzione; i pilastri che si svasano a fungo per collegarsi direttamente ai solai; le travi che aggettano da strutture verticali per sostenere sui loro sbalzi elementi semplicemente appoggiati; le volte che ricadono e si inseriscono direttamente nel terreno: sono tutte occasioni strutturali e spunti statici che trovano la loro soddisfacente collocazione là dove essi illustrano con efficacia la loro finalità statica.
La bellezza del materiale espressa attraverso la brutalità dell'impronta della cassaforma, la sensazione di forza di un pilastro, che ricorda la struttura di un tempio greco, ovvero l'impressione di snellezza, che lo avvicina a una struttura gotica, la prepotenza di un corpo aggettante o il ritmo di una pilastrata atipica sono testimonianze di un'architettura che sconfina nella scultura. Da esempi come questi, dalla loro combinazione e dalla loro reinvenzione potranno sorgere nuove forme e nuove espressioni.
L'architettura delle centrali nucleari o delle strutture off-shore, il progetto di una ‛fortezza' della cultura o il disegno di un complesso svincolo autostradale appartengono a un presente che è ormai già superato e il cui insegnamento naturalmente deve farci meditare, non solo sulle straordinarie conquiste tecnologiche fatte, ma anche sugli errori commessi.
7. La sfida del presente e la fantasia del futuro
Questo secolo, che è il secolo della creatività tecnica, non è ancora terminato e già l'attuale società della produttività ha consumato molte esperienze che potevano apparire di avanguardia solo pochi anni fa.
I sistemi di getto del calcestruzzo preconfezionato che arriva in cantiere in appositi automezzi sembrano decisamente anacronistici se si pensa all'utilizzazione dell'elicottero che riesce molto più rapidamente a collocare il materiale nei posti meno accessibili; così come il sistema di sollevamento e montaggio di elementi strutturali monolitici mediante martinetti o la tecnica dei casseri rampanti estesa alle superfici a ombrello costituiscono soluzioni già superate dal metodo per innalzamento di piani (story-lifting).
Anche per le impalcature, il cui successo è dovuto al largo impiego della carpenteria metallica, si può pensare a nuove tecniche, quali lo sfruttamento di apposite superfici gonfiabili che possono raggiungere notevoli altezze e contenere adeguate piattaforme di lavoro. Analogamente sembra destinata a diffondersi la tecnica di getto cosiddetta degli ‛inerti secchi', messa a punto, mediante un particolare tipo di cassaforma, per ottenere l'esposizione della tessitura degli inerti incorporati nel calcestruzzo. Lo stesso calcestruzzo sembra presentare proprietà interessanti se armato con fibre naturali o artificiali e l'attuale fase sperimentale è certamente destinata a certificarne la validità e a incoraggiarne la diffusione.
Ma indubbiamente la vera rivoluzione consisterà, al di là della stessa tecnica costruttiva, nel prodotto edilizio e nelle tipologie strutturali che saranno concepite per le esigenze della società di domani. Saranno coinvolte le nuove costruzioni destinate al lavoro, alla residenza e alla ricreazione, le moderne infrastrutture di trasporto, le centrali per lo sfruttamento energetico di nuove risorse.
Il grattacielo potrà assumere dimensioni sempre maggiori ed essere concepito come un enorme contenitore di tutte le attività e le esigenze di una comunità di individui, come F. Kahn ha recentemente immaginato e descritto. È un tema ricco di spunti suggestivi dove la ricerca di una felice complementarità di funzioni trova riscontro nella concretezza formale degli schemi strutturali: come nel grattacielo ideato da Ming Pei a Honolulu, o da Castiglioni a Buenos Aires, o da Kenzo Tange a Tōkyō.
In alternativa si pone la soluzione a macrostruttura che sembra meglio soddisfare certe istanze di carattere urbanistico e compositivo. La macrostruttura sfugge a schemi prefissati, non è suscettibile di una definizione rigorosa e risponde quindi all'esigenza di una crescita della costruzione non solo verso l'alto ma in tutte le direzioni, in modo da poter far fronte, con la massima flessibilità, alle modificazioni nel tempo delle necessità distributive. Essa sembra soddisfare un'immagine tecnologica della natura meglio di una visione discontinua di costruzioni multipiano quale fu immaginata fin dal 1922 da Le Corbusier nel progetto di une ville contemporaine. Si tratta di un settore ampiamente sviluppato a livello di ricerca formale, come nel caso del Municipio di Filadelfia di Louis Kahn e Ann Tyng, e anche di ipotesi di distribuzione funzionale e di smistamento del traffico, come per le macrostrutture urbane concepite da Kenzo Tange per il piano regolatore di Tōkyō: mentre le realizzazioni sono ancora a livello sperimentale e solo pochi esempi di costruzioni ‛pilota' sono stati portati a termine.
È certamente in queste tipologie strutturali che s'inseriranno le possibilità associative del calcestruzzo con gli altri materiali, tra i quali le materie plastiche che, strutturalmente parlando, potranno avere un ruolo fondamentale.
Sulla base delle prime ricerche di Le Corbusier, che risalgono al 1948, molte proposte si rivolgono verso schemi di cellule autoportanti e autosufficienti a generazione plurima in struttura sottile scatolata, realizzata secondo la tecnologia delle costruzioni industriali (il calcestruzzo leggero potrebbe essere impiegato insieme a leghe leggere e a materie plastiche), ovvero verso macrostrutture con ossature portanti a telaio o a cavalletto o a reticolo spaziale e con le cellule che corrispondono alle unità abitative inseribili come in una megascaffalatura con la massima flessibilità e libertà compositiva.
Un'interessante soluzione progettata da Kurokawa a Tōkyō è costituita da due torri portanti in calcestruzzo gettato in opera contenente piccole capsule in struttura leggera in acciaio, fissate agli elementi di facciata in acciaio e alla struttura portante.
Mtro schema interessante, a livello ancora di ricerca, è quello dei sistemi geodetici composti studiati da G. Gunschel, titolare della cattedra di Architettura sperimentale dell'Università di Brunswick. Essi sono essenzialmente costituiti da nuclei decagonali in calcestruzzo armato, ai quali sono aggrappate delle mensole, anch'esse in cemento armato, sulle quali sono montati su due piani e liberamente appogglati i sistemi geodetici. Naturalmente la destinazione dell'opera può orientarsi verso una diversa combinazione dello schema a telaio con la struttura geodetica.
Nel Graphic Art Center di P. Rudolph, le cellule, piegate per il trasporto, vengono aperte in opera, sospese a mezzo di tiranti e agganciate per tutti i sette piani a travi aggettanti da un nucleo centrale contenente tutti i servizi.
In tutti questi tentativi di ripartire da zero per inventare un modo diverso di vivere in vista di una diversa società - diversa da quella che ha prodotto l'esplosione demografica, la paralisi delle metropoli, il disastro ecologico e i guasti morali e intellettuali - l'utopia svolge un ruolo legittimo e indispensabile, benché spesso insidiato e mistificato da fughe in avanti.
Sulla scia dei pionieri del futuribile il gruppo Archigram postula la città chiusa in se stessa di Plug-in-city e il gruppo Metabolism redige il progetto per Tōkyō-Kyōtō, mentre Noriaki Kurokawa in un padiglione dell'Expo di Osaka del 1970 propone il montaggio non finito di cellule standardizzate. Si configurano così le città del domani a immagine della Triton City di Fuller o della città galleggiante di Katavalos, della città elicoidale di Kurokawa e dell'agglomerato di megastrutture per New Harlem, o infine dello spettacolare gruppo di grattacieli a forma di cucchiaio di Lubycz Nycz.
Potranno essere queste delle soluzioni del problema, o torneremo alla vita erratica, come si chiede B. Zevi in una pessimistica prospettiva sull'habitat del 2000, denunciando il pericolo delle mobil-homes? La casa mobile è il mattone del XX secolo, è stato detto da P. Rudolph e ripetuto al Congresso Internazionale degli Architetti a Madrid nel 1975; e l'esperienza della Green House potrà consentire di affrontare il problema della città?
Ma sarà ancora la terraferma ad accogliere le nuove generazioni con tutti gli inconvenienti prodotti dalla società attuale, oppure non si dovrà piuttosto cercare altrove, in piattaforme galleggianti nel cielo o in habitat sottomarini, la soluzione al problema del miglioramento della qualità della vita? Questa seconda possibilità è già in via di sperimentazione per le cosiddette strutture off-shore e non mancano esempi di serbatoi sottomarini per lo stoccaggio del petrolio dove l'impiego del calcestruzzo si armonizza efficacemente con l'adozione dell'acciaio.
Le comunicazioni saranno sempre più agevolate dal superamento di grandi luci. L'utopia del ponte sullo stretto di Messina sarà una realtà forse prima della fine di questo secolo e un'altra opera di ingegneria strutturale marcherà il trionfo di materiali e di tecnologie.
I grandi tubi sopraelevati o semisommersi in grado di accogliere lungo il percorso tutti i servizi destinati ai trasporti di massa potranno essere forse le strade più idonee per il futuro.
Ma accanto a queste considerazioni ottimistiche sotto l'aspetto tecnico altre se ne possono fare di segno opposto. Nel libro intitolato L'anno 2000, uno studio scientifico del futuro pubblicato nel 1967 da H. Kahn e A. Wiener, sono descritti modelli di probabili combinazione di tendenze e sviluppi, basati sulle reazioni casuali tra le differenti variabili, che possono influenzare l'avvenire. Negli anni successivi a questo libro i modelli di una società postindustriale sono stati rimpiazzati dalle tristi realtà della disoccupazione, della fame e di una distribuzione scandalosamente ineguale delle ricchezze.
Dovremmo cominciare col chiederci se è lecito e morale, e in ultima istanza pratico, continuare a sprecare le risorse naturali con risultati nocivi per l'ambiente e il benessere generale, al solo scopo d'insistere con accanimento su un'industrializzazione eccessiva. Fortunatamente l'architettura e la costruzione sono attività che hanno tradizionalmente resistito all'innovazione tecnologica e all'industrializzazione, salvo nei casi in cui queste ultime sono state imposte da scelte politiche o provocate da mancanza di mano d'opera.
Nei paesi occidentali, e ancora più in quelli del Terzo Mondo, il settore della costruzione eè un'industria ancora da sviluppare, e questo pone una grande parte dell'umanità nella favorevole situazione di poter ancora fare delle meditate scelte in relazione ai processi d'industrializzazione e d'innovazione tecnologica.
Non sarebbe inutile rimpiazzare la nostra arroganza attuale con una certa dose di umiltà accompagnata da una presa di coscienza dei nostri limiti e ricordare che il progettista, il costruttore, il tecnico operano anche spiritualmente e devono tener presenti le consuetudini, i bisogni e le concezioni stesse dell'esistenza proprie dell'epoca alla quale appartengono.
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