Riassunto esame Tecnologia dell'architettura, Prof. Campioli Andrea, libro consigliato Tecniche e architettura, Andrea Campioli, Monica Lavagna

Tecniche e architettura

L'edificio come sistema

Il progetto è l'esito di un processo dialettico tra i vincoli che la realtà impone e le possibilità che la creatività traguarda. Il progetto di un edificio deve confrontarsi con vincoli fisici, materici e normativi. È la risposta a un bisogno: nella fase preliminare si definiscono le esigenze che vengono poi tradotte in un quadro di requisiti che orienteranno le decisioni progettuali. Spazi e tecniche dovranno quindi fornire prestazioni coerenti con le esigenze e i requisiti. Il rapporto tra esigenze, requisiti e prestazioni consente di motivare il percorso ideativo e decisionale del progetto.

Il progetto deve confrontarsi con i vincoli normativi (nazionali e locali) che riguardano gli aspetti:

• Paesaggistici
• Urbanistici
• Edilizi
• Igienico-sanitari
• Di prevenzione sismica
• Acustici
• Comfort e risparmio energetico

Il progetto si deve inoltre confrontare con vincoli di tipo culturale, ossia con i caratteri del contesto. Il progetto è condizionato dalla disponibilità di risorse (naturali, intellettuali, economiche).

• Le risorse naturali sono le materie prime, che possono essere locali o importate.
• Le risorse intellettuali sono le conoscenze relative alle tecniche esecutive in relazione ai materiali e alle prestazioni ottenibili.

È fondamentale che fin dal principio ci sia un'interazione tra gli operatori del processo progettuale (progettisti, produttori, costruttori), per evitare di dover successivamente ricorrere a soluzioni di ripiego poco integrate con il progetto complessivo. Un edificio può quindi essere considerato un sistema, costituito da diverse parti ed elementi costituenti che, nel loro insieme, ciascuno con un ruolo specifico, danno risposta ai requisiti posti alla base del progetto.

Esigenze, requisiti, prestazioni

Esigenza: ciò che è necessario per il corretto svolgimento di un'attività dell'utente o di una funzione tecnologica.

Requisito: traduzione di un'esigenza in caratteristiche funzionali di un organismo edilizio o di sue parti.

Prestazione: servizio reso e comportamento reale dell'organismo edilizio o delle sue parti nelle effettive condizioni d'uso.

L'esigenza è il bisogno dell'utente, che può essere espresso direttamente dal committente (qualora questo corrisponda con l'utente finale) oppure deve essere prevista dal progettista. Le classi di esigenze (secondo la normativa) sono:

• Sicurezza (sia rispetto ad eventi accidentali esterni sia interni all'edificio)
• Benessere (qualità della vita, che si articola in benessere termoigrometrico, acustico, visivo)
• Fruibilità (attitudine dell'edificio ad essere adeguatamente usato)
• Aspetto (fruizione percettiva da parte dell'utente)
• Gestione (condizioni relative all'economia di esercizio del sistema edilizio)
• Integrabilità (attitudine degli elementi del sistema edilizio a connettersi funzionalmente tra di loro)
• Salvaguardia ambientale (attenzione alle ripercussioni che l'edificio genera a scala locale e globale)

La qualità dell'opera finale dipende dalla rispondenza delle prestazioni ai requisiti che ne hanno motivato la realizzazione. Le esigenze vengono tradotte in requisiti del progetto, di conseguenza le funzioni complessivamente assegnate all'edificio vengono poi scomposte in compiti assegnati alle singole parti (esempio: esigenza di benessere termico viene tradotta in una serie di requisiti come il controllo della dispersione di calore e dell'inerzia termica dell'involucro dell'edificio). Le parti dell'edificio e l'edificio nel suo insieme soddisfano o meno i requisiti in relazione alle prestazioni che sono in grado di garantire. La prestazione è il risultato conseguito in relazione al comportamento effettivo dei materiali e dei componenti scelti o delle soluzioni individuate in fase di progetto.

Sistema ambientale e sistema tecnologico

Attraverso processi di trasformazione e produzione, i materiali diventano componenti edilizi e, attraverso i processi di assemblaggio, i componenti edilizi diventano l'edificio. Ma l'edificio non è una semplice sommatoria di elementi; è un sistema in cui ogni elemento si relaziona all'altro in modo complesso per soddisfare i bisogni dell'utenza.

Il sistema ambientale riguarda l'insieme degli spazi interni dell'edificio, nei quali si svolgono attività. È l'insieme delle unità ambientali e degli elementi spaziali, definiti nelle loro prestazioni e nelle loro relazioni. L'unità ambientale è il raggruppamento di attività dell'utente, derivanti da una determinata destinazione d'uso. Esempi di unità ambientali sono: spazi di vita, spazi di servizio, spazi di circolazione. L'elemento spaziale è la porzione di spazio fruibile destinata allo svolgimento delle attività di un'unità ambientale, ad esempio: ufficio, soggiorno, scale, bagno, corridoio.

Il sistema tecnologico è l'insieme strutturato degli elementi tecnici, definiti nelle loro prestazioni e relazioni. L'elemento tecnico è il prodotto edilizio capace di svolgere funzioni proprie di una o più unità tecnologiche. Così come l'edificio si articola in sistema ambientale e sistema tecnologico, così anche i requisiti e le prestazioni del sistema edilizio si articolano in requisiti e prestazioni ambientali e requisiti e prestazioni tecnologiche. Gli esempi più interessanti di architettura sono quelli in cui il rapporto tra scelte spaziali e scelte tecnico-costruttive si è risolto in una effettiva integrazione di questi due ambiti.

La scomposizione dell'edificio in subsistemi

L'edificio può essere scomposto in subsistemi (unità tecnologiche) ed elementi costruttivi (elementi tecnici). Per unità tecnologica si intende un'unità che si identifica con un raggruppamento di funzioni, compatibili tecnologicamente, necessarie per l'ottenimento di prestazioni ambientali. Per elemento tecnico si intende un elemento che si identifica con un prodotto edilizio, capace di svolgere completamente o parzialmente funzioni proprie di una o più unità tecnologiche.

Tecniche e ciclo di vita

Una volta terminata la vita utile dell'edificio, esso subisce un processo di dismissione e le sue componenti possono essere smaltite, riutilizzate o riciclate. Ciascuna di queste attività determina un impatto ambientale che dipende dal tipo di processo. Il Life Cycle Assessment (valutazione ambientale del ciclo di vita, LCA) è un metodo che consiste nel quantificare il consumo di risorse (materiche, energetiche) e il rilascio di emissioni inquinanti in ciascuna delle attività lungo l'intero ciclo di vita degli edifici. La prima fase del ciclo di vita è quella dell'approvvigionamento delle materie prime. Le materie prime provengono da risorse naturali, prevalentemente di tipo minerale, che richiedono un processo di estrazione. L'attività estrattiva ha notevoli impatti ambientali in termini di deturpazione del paesaggio e produzione di rifiuti, inoltre le materie minerali non sono rinnovabili. Risorse di tipo rinnovabile sono invece quelle vegetali (legno), che non richiedono un processo di estrazione. Un ulteriore aspetto rilevante è l'impatto generato dal trasporto.

La maggior parte dei materiali edilizi non esiste in natura e deve essere prodotta industrialmente (es. cemento, materie plastiche, metalli). Sono definiti semilavorati quei prodotti che hanno subito un primo processo di trasformazione, ovvero la produzione del materiale, ma necessitano ulteriori lavorazioni per poter essere utilizzati come componenti della costruzione (es. lingotti di acciaio, cemento in polvere). Tutti gli elementi costruttivi, sia preformati sia preassemblati, vengono definiti "componenti edilizi", in quanto la loro forma non subisce modificazioni in cantiere e le operazioni che vengono effettuate in cantiere con questi elementi sono solo quelle di assemblaggio (es. i mattoni vengono "incollati" uno sull'altro con apposite malte muro). I componenti edilizi che arrivano in cantiere già pronti e devono essere solo assemblati si definiscono prefabbricati.

Vantaggi dell'utilizzo di prefabbricati:

• Velocizzazione tempi di cantiere, con contrazione dei costi e programmazione dei tempi più precisa
• Maggiore qualità esecutiva
• Ridotta necessità di manodopera specializzata in cantiere
• Riduce rifiuti prodotti in cantiere, ma aumenta impatti in altre fasi come il trasporto

Modalità di assemblaggio delle componenti:

• Assemblaggio a umido: mediante materiali umidi come malte, di tipo irreversibile
• Assemblaggio a secco: mediante connessioni meccaniche, di tipo reversibile

Fasi del ciclo di vita:

• Produzione (approvvigionamento materie prime – trasporto allo stabilimento – processi di produzione e lavorazione)
• Costruzione (trasporto al cantiere – costruzione o assemblaggio)
• Gestione (uso – manutenzione – riparazione – sostituzione – riqualificazione, la fase attualmente più impattante)
• Fine vita (dismissione dell'edificio – trasporto – riuso o riciclaggio dei materiali – conferimento in discarica)

Materiali

I materiali sono sostanze, o insiemi di sostanze, aventi determinate caratteristiche. Categorie:

Materiali metallici:

• Caratterizzati da un'elevata resistenza meccanica e tenacità, deformabilità a freddo e a caldo, elevata conducibilità termica e elettrica.

Materiali polimerici:

• Composti da catene di molecole a base di atomi di carbonio, dotati di bassa resistenza meccanica, elevata flessibilità e deformabilità, bassa conducibilità termica ed elettrica, ridotto peso.

Materiali ceramici:

• Sono caratterizzati da durezza e fragilità, elevata resistenza meccanica a compressione, bassa conducibilità termica ed elettrica (es. vetro e laterizio).

Materiali compositi e fibrosi:

• Costituiti da due o più materiali appartenenti alle tre classi precedenti. Per certi aspetti in questa classe può rientrare il legno.

La densità è una proprietà fisica che caratterizza in modo inconfondibile ogni materiale. È detta anche massa specifica ed è definita come il rapporto tra massa e volume (unità di misura: kg/m³).

Il modulo elastico misura la resistenza di un materiale alla deformazione elastica. Materiali con un modulo elastico elevato si deformano poco, infatti esso consente di valutare la rigidezza di una struttura. Si indica con “E” e l'unità di misura è il Pa.

Se un corpo dopo una sollecitazione torna alla configurazione di partenza ha un comportamento elastico, se subisce una deformazione permanente ha un comportamento plastico. La resistenza a trazione e compressione misura lo sforzo di trazione e compressione che un materiale è in grado di sopportare prima di giungere alla rottura. I materiali duttili presentano consistenti deformazioni plastiche prima di rompersi, i materiali fragili raggiungono la rottura senza deformazioni plastiche. L'unità di misura di questa resistenza è il Pa.

La conducibilità termica (o conduttività) è l'attitudine di un materiale a trasmettere calore. Valori ridotti corrispondono a materiali termoisolanti. Si indica con λ e l'unità di misura è W/mK. La trasmittanza termica dipende dalla conducibilità del materiale e dal suo spessore. Si indica con U e l'unità di misura è W/m²K.

Il calore specifico esprime l'attitudine di un materiale ad accumulare calore. Elevati valori indicano un'elevata inerzia termica. Si misura in J/kgK.

Il coefficiente di dilatazione termica descrive l'entità della dilatazione che un materiale subisce in relazione ad un aumento di temperatura. È importante considerarla in materiali composti, ad esempio calcestruzzo armato.

Ulteriore aspetto da considerare è la propensione di un materiale a conservare le proprie caratteristiche inalterate nel tempo.

Materiali lapidei naturali

Materiali ottenuti dall'estrazione di rocce di varia origine e resi adatti all'utilizzo in seguito a lavorazioni. Nell'architettura contemporanea il loro utilizzo interessa soprattutto le superfici degli edifici. Esistono tre tipi di classificazioni:

Classificazione per genesi (tipo di formazione):

• Rocce magmatiche: derivano dal raffreddamento e solidificazione del magma. Si suddividono in rocce intrusive e effusive.
• Rocce sedimentarie: si formano in seguito a processi di erosione, trasporto e sedimentazione delle rocce più antiche. Tale fenomeno avviene per azione dell'acqua.
• Rocce metamorfiche: derivano da rocce di differente natura che hanno subito profonde modificazioni a causa del variare di temperatura e pressione.

Classificazione per composizione (per tipi di sostanze e struttura delle quali sono composti):

• Rocce solfatiche: costituite in prevalenza da gesso
• Rocce carbonatiche: costituite in prevalenza da carbonato di calcio (es. calcari, marmi)
• Rocce silicatiche: costituite in prevalenza da silicio e silicati (es. granito, argilla, tufo, arenarie)

Classificazione commerciale (tutte in grado di svolgere sia funzioni strutturali che estetiche):

• Marmo: rocce con struttura cristallina, compatte e lucidabili
• Granito: rocce con cristalli visibili a occhio nudo, compatte e lucidabili
• Travertino: rocce calcaree sedimentarie
• Pietra: materiali con composizione varia, non classificabili nelle categorie precedenti

Il processo produttivo può essere suddiviso in due principali fasi: coltivazione e successive lavorazioni.

Per coltivazione si intende l'insieme di operazioni atte al reperimento della materia prima dalla cava e al trasporto di essa dove avverranno le successive lavorazioni. Il processo di lavorazione prevede tre fasi principali: la segagione dei blocchi in lastre (di spessore compreso tra 1.5 e 6 cm), la finitura perimetrale delle lastre (per ottenere geometrie differenti) e le lavorazioni superficiali (per ottenere la finitura desiderata).

Riguardo agli impatti ambientali, durante il processo di estrazione bisogna tener conto che si stanno consumando risorse non rinnovabili e che l'attività estrattiva determina forti modificazioni irreversibili del paesaggio, inoltre genera una quantità rilevante di materiale di scarto.

Il trasporto determina elevati impatti per l'elevata densità del materiale e per l'utilizzo, che spesso travalica i confini regionali. Nelle fasi di trasformazione gli impatti sono limitati alla produzione di polveri, al consumo di energia delle macchine utensili e gli scarti prodotti sono pochi. Gli impatti relativi alla fase di messa in opera sono riducibili utilizzando modalità di assemblaggio a secco che riducono gli scarti e ne facilitano il riutilizzo a fine vita, favorito anche dalla durabilità del materiale. Per quanto riguarda l'uso e la manutenzione, i materiali lapidei sono generalmente duraturi e non necessitano manutenzione.

Malte, calcestruzzo semplice e armato

Le malte e il calcestruzzo sono conglomerati artificiali ottenuti mediante la miscelazione di acqua, aggregati e additivi con leganti ottenuti dalla frantumazione e cottura di materiali di origine minerale. Quando nel calcestruzzo vengono annegate barre di acciaio si ottiene il calcestruzzo armato.

Gli ingredienti della miscela hanno proporzioni diverse a seconda delle prestazioni richieste.

Leganti

Si definiscono leganti i materiali ottenuti dalla cottura di materiali di origine minerale. Essi, se mescolati con acqua, daranno origine a un impasto capace di indurire aderendo alle superfici con le quali entrano in contatto. Si possono suddividere in:

• Leganti aerei: fanno presa solo in presenza di aria
• Leganti idraulici: fanno presa sia in presenza di aria che di acqua

Le principali famiglie di leganti sono:

• Gesso: risulta dalla cottura di pietra da gesso. Se mescolato con acqua ne assorbe la quantità persa al momento della cottura e indurisce in meno di un'ora. Esistono vari tipi di gesso con svariati utilizzi.
• Calce aerea: è composta da calcare cotto (calce viva) al quale viene aggiunta acqua, creando la calce spenta, adatta all'uso. Si usa per intonaco, murature, stucchi decorativi.
• Calce idraulica: ricavata dalla cottura di marne o miscele di calcare e argilla. Usata per intonaci e murature.
• Cemento: legante idraulico realizzato dalla miscela di acqua e materiali differenti macinati. Tali materiali variano a seconda del tipo di cemento, che si può usare per svariati utilizzi.

Aggregati

Materiali minerali in forma granulare di origine naturale o artificiale che costituiscono lo scheletro strutturale delle malte e dei calcestruzzi. Hanno una granulometria varia che per le malte è compresa tra 0.1 e 7 mm, per i calcestruzzi dai 3 ai 30 mm.

Additivi

Prodotti chimici che consentono di migliorare alcune caratteristiche del materiale. Gli scopi più comuni sono:

• Migliorare la fluidità e di conseguenza la lavorabilità
• Modificare il tempo necessario per indurimento e presa (detti acceleranti o ritardanti)
• Introdurre micro-bolle di aria per renderlo resistente ai cicli di gelo e disgelo (detti aeranti)

Le malte e i calcestruzzi si articolano in un'ampia gamma di prodotti che si differenzia in relazione alla composizione della miscela. La distinzione più diffusa si basa sul tipo di legante utilizzato:

• Le malte si ottengono mediante l'impasto di calci aeree o idrauliche, sabbia, acqua ed eventuali additivi.