Riassunto esame Fondamenti di tecnologia dell'architettura, Prof. Battistella Alessio Dionigi, libro consigliato Tecniche e architettura, Campioli, Lavagna

CAPITOLO 1: L’EDIFICIO COME SISTEMA (p.1-15) lezione 18/03

Il progetto è esito di un processo dialettico tra i vincoli che la realtà impone e le possibilità

che la creatività traguarda. Nell'ambito dell'architettura e della tecnologia è fondamentale

comprendere il rapporto tra esigenze, requisiti, bisogni, vincoli e prestazioni senza

trascurare la creatività nel processo progettuale.

-​ Bisogni: bisogni umani influenzano direttamente il progetto e variano nel tempo a

seconda delle tendenze culturali.

-​ Esigenze: i bisogni fondamentali degli utenti e della società rispetto un'opera.

Possono essere funzionali, estetiche,culturali, sociali, economiche o ambientali.

-​ Requisiti: le caratteristiche necessarie per soddisfare le esigenze, possono essere

funzionali (uso, accessibilità, ergonomia), tecnici (resistenza, durabilità, sicurezza),

ambientali (sostenibilità, efficienza energetica), normativi (regolamenti edilizi,

normative di sicurezza)

-​ Prestazioni: misurano la capacità di rispondere ai requisiti definiti, possono essere

termiche (isolamento, efficienza energetica), acustiche (riduzione rumore),

strutturali (resistenza a carichi, sicurezza sismica), ambientali (riduzione impatto

ambientale)

-​ Vincoli: limitano le scelte progettuali, possono essere normativi (regolamenti,

sicurezza, accessibilità), economici (budget, materiali), ambientali (impatto

ecologico,uso del suolo), tecnici (tecnologie costruttive, manutenibilità), culturali

(contesto,cultura locale)

DISPONIBILITÀ DI RISORSE: naturali, intellettuali (ci sono diverse figure che lavorano al

progetto), economiche.

Il progetto è il rapporto tra il sistema degli spazi e le scelte tecnico-costruttive, è un'attività

ricorsiva.

La creatività consente di trovare soluzioni innovative che rispondano ai bisogni e ai requisiti

superando i vincoli. Essa si esprime attraverso:

-​ L'uso innovativo di materiali e tecniche costruttive

-​ L'integrazione tra forma e funzionalità

-​ La sostenibilità ambientale come opportunità progettuale

-​ L'adozione di nuove tecnologie e metodologie o la reinterpretazione di quelle

esistenti

1.1 ESIGENZE, REQUISITI, PRESTAZIONI

NORMA UNI 10838:199

stabilisce la terminologia relativa alla qualità edilizia, includendo le definizioni di esigenza,

requisito e prestazione.

-​ Esigenza: ciò che è necessario per il corretto svolgimento di un'attività dell'utente o

di una funzione tecnologica (es. impianti…)

-​ Requisiti: traduzione di un'esigenza in fattori che ne individuano le condizioni di

soddisfacimento da parte di un organismo edilizio o delle sue parti, in determinate

condizioni d'uso e sollecitazione. I requisiti sono classificati in: funzionali e spaziali,

ambientali, tecnologici, tecnici, operativi, di durabilità, di manutenibilità.

-​ Prestazioni: servizi e comportamento dell'organismo delle sue parti nelle effettive

condizioni d'uso e di sollecitazione

NORMA UNI 8289:1981

Ha l'obiettivo di fornire una classificazione delle esigenze degli utenti nel contesto del

sistema edilizio.

Esigenze: sono considerate come l'esplicitazione dei bisogni dell'utenza finale tenendo

conto dei vincoli posti dall'ambiente naturale e costruito. Le classi di esigenze sono:

-​ sicurezza (insieme delle condizioni relative all'incolumità e alla difesa dai danni

dipendenti da fattori accidentali)

-​ benessere (insieme delle condizioni relative a stati del sistema edilizio adeguati alla

vita, alla salute,utenti e allo svolgimento delle attività degli utenti),

-​ fruibilità (insieme, delle condizioni che consentono l'uso agevole e appropriato del

sistema edilizio da parte degli utenti)

-​ aspetto (insieme delle condizioni che determinano le qualità estetiche e formalizzato

del sistema edilizio)

-​ gestione (insieme delle condizioni che facilitano la manutenzione, l'uso e

l'amministrazione efficiente del sistema edilizio)

-​ integrabilità (insieme delle condizioni che permettono l'inserimento armonioso del

sistema edilizio nel contesto ambientale, sociale culturale)

-​ salvaguardia dell'ambiente (insieme delle condizioni che assicurano la protezione

dell'ambiente naturale e la sostenibilità delle risorse nel processo edilizio)

NORMA UNI 8290-2:1983

Riguarda l'edilizia residenziale, focalizzandosi sulla classificazione e definizione dei requisiti

del sistema tecnologico degli edifici. La norma elenca 63 requisiti del sistema tecnologico:

-​ Affidabilità (capacità del sistema di funzionare senza guasti)

-​ Anigroscopicità (resistenza all'assorbimento di umidità)

-​ Asetticità (capacità di mantenere condizioni igieniche prive di agenti patogeni.)

-​ Assenza dell'emissione di sostanze nocive (garanzia che i materiali utilizzati non

rilascino composti pericolosi per la salute.)

L'edificio è concepito come un sistema complesso composto da diversi sottoinsiemi

interconnessi. Tra questi il sistema ambientale (spaziale) e tecnologico rivestono un ruolo

fondamentale nella definizione di qualità spaziale e funzionale di spazi costruiti.

1.2 SISTEMA AMBIENTALE E SISTEMA TECNOLOGICO

L’organismo edilizio è l’insieme strutturato di elementi spaziali e di elementi tecnici, interni ed

esterni, caratterizzati dalle loro funzioni e dalle loro relazioni reciproche.

Il sistema ambientale si riferisce agli elementi spaziali dell'edificio, comprendendo ambienti

interni ed esterni, definiti nelle loro prestazioni e nelle loro relazioni. Sono spazi progettati

per rispettare le esigenze funzionali.

-​ Organizzazione degli spazi (in base alle esigenze degli utenti)

-​ Comfort ambientale ( condizioni ottimali di illuminazione, ventilazione,acustica,

temperatura)

-​ Flessibilità d'uso (adattamento degli spazi in risposta a cambiamenti delle esigenze

funzionali)

L’elemento o unità spaziale è la porzione di spazio fruibile destinata allo svolgimento delle

attività di un’unità ambientale. Il sistema ambientale ha stretta relazione con la forma rispetto

all’edificio.

Il sistema tecnologico riguarda gli elementi tecnici dell’edificio come gli impianti e le

infrastrutture definiti nelle loro prestazioni e nelle loro relazioni. Offre:

-​ Supporto strutturale (assicurare stabilità e sicurezza dell'edificio attraverso elementi

portanti adeguati)

-​ Protezione e isolamento (assicurare l'isolamento termico e acustico)

-​ Servizi impiantistici (fornire e gestire impianti)

La progettazione integrata dei sistemi ambientale e tecnologico è cruciale per ottenere

edifici funzionali, confortevoli, sostenibili. Bisogna:

-​ Ottimizzare la prestazione energetica

-​ Migliorare il comfort degli utenti

-​ Assicurare la manutenibilità e durabilità

La fase di metaprogettazione implica la definizione degli obiettivi progettuali considerando

sia le esigenze degli utenti sia le prestazioni richieste dall’edificio. Bisogna:

-​ Analizzare le attività previste

-​ Stabilire i requisiti prestazionali

-​ Selezionare soluzioni tecnologiche appropriate

1.3 LA SCOMPOSIZIONE DELL’EDIFICIO IN SUBSISTEMI

Nell'ambito della tecnologia dell'architettura, la comprensione della struttura di un edificio

come sistema complesso è fondamentale.

La NORMA UNI 8290-1:1981 (Edilizia residenziale – Sistema tecnologico – Classificazione

e terminologia) fornisce una classificazione dettagliata delle unità tecnologiche e degli

elementi tecnici che compongono il sistema edilizio, facilitando l’analisi, la progettazione e

la manutenzione degli edifici. Bisogna:

-​ Standardizzare la terminologia tecnica

-​ Facilitare la comunicazione

-​ Supportare la progettazione, la costruzione e la manutenzione degli edifici

La norma si articola in 3 parti principali:

-​ Classificazione e terminologia

-​ Prestazioni funzionali

-​ Criteri di progettazione

Classificazione di unità tecnologiche (primo livello): questo livello presenta le

componenti funzionali di un edificio suddivise in:

-​ Struttura portante

-​ Chiusure

-​ Parti interne

-​ impianti

Unità tecnologiche (secondo livello): ogni classe di unità tecnologica è ulteriormente

suddivisa in unità tecnologiche specifiche.

Esempio: Struttura portante (fondazioni, strutture verticali, strutture orizzontali), chiusure

(coperture, facciate, serramenti).

Classi di elementi tecnici (terzo livello)

Dettaglia ulteriormente le unità tecnologiche e gli elementi tecnici e specifici (es. Isolamenti

termici, rivestimenti esterni, sistemi di fissaggio).

Chiarezza Progettuale: facilita la definizione e l’organizzazione delle componenti durante la

fase di progettazione.

Manutenzione Efficace: agevola l’identificazione e la gestione delle parti durante interventi

manutentivi.

Comunicazione Standardizzata: assicura una terminologia comune tra i professionisti del

settore, riducendo ambiguità.

Analisi delle Prestazioni: permette una valutazione dettagliata delle prestazioni di ogni

componente, migliorando la qualità complessiva dell'edificio.

1.4 TECNICHE E CICLO DI VITA

Gli edifici sono costituiti da materiali che subiscono un processo di trasformazione per

diventare prodotti edilizi, i quali, tramite un processo di costruzione vanno a comporre

l’edificio. Una volta terminato il ciclo di vita di un edificio, esso subisce e le sue parti vengono

smaltite, riciclate o riutilizzate. Il Life Cycle Assessment è un metodo che consente di

quantificare il consumo di risorse e il rilascio di emissioni in ciascuna delle attività lungo

l’intero ciclo di vita dell’edificio, partendo dall’estrazione delle materie prime fino alla

dismissione delle singole parti.

La prima fase del ciclo di vita è quella dell’approvvigionamento delle materie prime: le

materie prime molto spesso sono di tipo minerale quindi richiedono un processo di

estrazione, questo processo ha un notevole impatto sull’ambiente in termini di deturpazione

paesaggistica e in termini di rifiuti prodotti. I minerali sono inoltre risorse non rinnovabili.

Risorse di tipo rinnovabile sono invece quelle vegetali (legno), che non richiedono processi

di estrazione ma solo di prelievo. Anche in questo caso ci possono essere degli impatti

ambientali come il disboscamento. Un altro aspetto rilevante dal punto di vista ambientale

è l’impatto generato dal trasporto di queste materie prime; ci sono invece casi particolari

come la ghiaia, in cui le materie prime vengono portate direttamente in cantiere senza

subire lavorazioni intermedie. Nel caso della pietra e del legno massello, le materie prime

coincidono già con il materiale e subiscono pochi processi di lavorazione.

La maggior parte dei materiali edilizi deve essere prodotta tramite complessi cicli di

trasformazione industriali che hanno diversi impatti ambientali e consumano molta energia.

In alcuni casi le materie prime subiscono un primo processo di lavorazione che però richiede

ulteriori trasformazioni seguenti, ed è chiamato semilavorato, poiché non ha una

dimensione e una forma adeguata alla costruzione dell’edificio (è ad uno stato intermedio).

Esempi:

-​ Altri materiali come vetro e laterizio, hanno già, nella lavorazione delle materie

prime anche il processo di formatura dell’elemento costruttivo finale.

-​ Parlando del legno, oggi è raro l’utilizzo di quello massello perchè si preferisce l’uso

di legni ricomposti o ingegnerizzati (lamellare, compensato…) per migliorare le

prestazioni.

-​ Alcuni semilavorati, tipo i metalli, subiscono il processo di foratura (estrusione,

piegatura, laminazione) in stabilimenti appositi.

-​ I materiali come il cemento vengono direttamente portati in cantiere e lavorati in

opera

Alcuni elementi costruttivi formati da più elementi, come le finestre, vengono pre assemblati

negli stabilimenti.

In cantiere si possono avere due tipi di operazioni:

-​ costruzione in loco di parti d’opera (setti strutturali, pilastri, travi)

-​ assemblaggio di componenti edilizi costruiti in un altro luogo (finestre)

Tipicamente le strutture portanti sono gettate in opera, mentre i serramenti sono assemblati

alla muratura. Dal punto di vista ambientale, il cantiere non è una delle fasi a maggiore

impatti, anche grazie alla prefabbricazioni di parti dell’edificio.

Tipi di connessioni tra i componenti prefabbricati:

-​ assemblaggio a umido: quando le giunzioni sono fatte tramite materiali umidi (colle,

malte…). Per questi si rende necessaria la demolizione collettiva una volta terminato

il ciclo di vita dell’edificio.

-​ assemblaggio a secco: quando le giunzioni sono fatte tramite connessioni

meccaniche (viti, bulloni, incastri). Per questi si ricorre allo smontaggio delle parti, al

riuso e al riciclaggio.

Quando termina un ciclo di vita dell’edificio, si intraprende l’attività di dismissione che

consiste nel:

-​ demolizione collettiva: l’edificio viene distrutto e le macerie diventano rifiuti che

vengono portati in discarica (gravi impatti ambientali riguardanti l’occupazione del

suolo)

-​ disassemblaggio delle varie parti dell’edificio: nel caso del disassemblaggio a

secco, vi è la possibilità di un riuso di alcune parti d’opera, in una nuova costruzione.

Altrimenti lo scenario di fine vita dei prodotti edilizi, che non sia la discarica, è quello

del riciclaggio.

CAPITOLO 2 MATERIALI

L’individuazione dei materiali da utilizzare non può che essere considerata un processo di

lento avvicinamento alla soluzione ottimale che muove i suoi primi passi già nella prima fase

di ideazione per concludersi soltanto nel momento del cantiere. In questa prospettiva,

l’attenta considerazione delle implicazioni culturali connesse all’utilizzo di un determinato

materiale e la comprensione delle sue caratteristiche fisiche fondamentali costituiscono un

presupposto irrinunciabile. Il cantiere, oggi, è il luogo in cui convertono materiali di diversa

origine e componenti realizzati secondo logiche di produzione molto differenti, alcune

mutuate dalla prassi artigianale consolidata, altre fondate sulle tecnologie industriali più

evolute.

MATERIALI E FORMA COSTRUITA

In architettura il tema del rapporto tra materiali e forme costruite è sempre stato al centro

della riflessione teorica e della sperimentazione pratica. Si tratta di un rapporto complesso,

talora ambiguo, a volte declinato nella direzione del rigoroso rispetto delle caratteristiche

intrinseche dei materiali, come se questi ultimi contenessero già l'originaria intenzione di

forma, altre volte proteso invece a forzare la natura dei materiali entro forme precostituite. Le

teorie dell’architettura si sono cimentate in modo ricorrente con questo tema. Già i primi

trattati con i quali ebbe inizio il tentativo di sistematizzazione del sapere nel campo dell’arte

del costruire, contengono espliciti riferimenti al rapporto tra materiali e forma, indicando un

campo di ricerca che rimane ancor oggi molto frequentato.

MATERIALI: DEFINIZIONI

Materiale ha un significato vicino a quello di materia, ma mentre materia indica per lo più

una sostanza omogenea, materiale può indicare un insieme di sostanze anche non

omogenee, le quali abbiano in comune soltanto la destinazione a un’unica funzione, oppure

l’origine. I materiali possono essere classificati in quattro categorie:

-​ i materiali metallici: composti d’uno o più elementi metallici miscelati tra loro (in

questo caso prendono il nome di leghe metalliche) e caratterizzato da un’elevata

resistenza meccanica e tenacità, deformabilità a freddo e a caldo, elevata

conducibilità termica e elettrica. Sono materiali metallici laccio (che è una lega di

ferro e carbonio), l’alluminio e le sue leghe, il rame e le sue leghe;

-​ I materiali polimerici, composti da lunghe catene di molecole a base di atomi di

carbonio, in generale dotati di bassa resistenza meccanica, elevata flessibilità e

deformabilità bassa conducibilità termica ed elettrica, ridotto peso specifico; sono

stampabili e soggetti a rammollimento e decomposizione a temperature

relativamente basse. Sono materiali polimerici il polietilene, il polipropilene, il

polistirene, il policarbonato, il polivinilcloruro;

-​ I materiali ceramici, materiali inorganici costituiti da elementi metallici e non

metallici legati chimicamente tra loro. Sono caratterizzati da durezza e fragilità,

elevata resistenza meccanica e compressione, bassa conducibilità termica ed

elettrica (con qualche eccezione), elevata resistenza chimica. Sono materiali

ceramici il vetro e il laterizio;

-​ I materiali compositi o fibrosi, costituiti da due o più materiali appartenenti alle tre

classi precedenti. In genere sono costituiti da un materiale di rinforzo, in fibre o

particelle, ingollato in un materiale che funge da matrice. Per certi aspetti, in questa

categoria può essere fatto rientrare il legno.

PROPRIETA’ DEI MATERIALI

Numerose sono le classificazioni utilizzate in letteratura per descrivere le proprietà dei

materiali. Ashby e Jones, per esempio, individuato otto differenti classi di proprietà:

- Economiche (prezzo, reperibilità, riciclabilità)

- Fisiche (densità)

- Meccaniche (comportamento elastico e duttilità, comportamento a rottura e tenacità)

- Termica (calore specifico, conducibilità termica e dilatazione termica)

- Elettriche e magnetiche (conduzione e resistività elettrica)

- Interazione con l’ambiente (ossidazione, corrosione)

- Produzione (lavorabilità, assemblabilità, possibilità di finitura)

- Estetiche (colore, tessitura)

All’interno del processo progettuale, la conoscenza delle caratteristiche dei materiali riversa

un ruolo decisivo. Per quanto riguarda gli aspetti economici esiste una relazione tra il prezzo

di un materiale, la sua reperibilità e la difficoltà con la quale esso può essere reso disponibile

per gli impieghi finali. Il prezzo dipende dal costo reale delle fasi di reperimento delle

materie prime e di lavorazione e, in linea del tutto generale, è possibile affermare che più un

materiale è raro e più è complesso il processo che lo rende disponibile, più elevato è il suo

prezzo.

La proprietà fisica che caratterizza in modo inconfondibile un materiale è la densità (detta

anche massa volumica o massa specifica), definita come rapporto tra la massa di un corpo e

il suo volume (nel Sistema internazionale l’unità di misura della densità è il kg/m^3).

Le proprietà meccaniche connotano il comportamento di un materiale quando a un corpo

viene applicata una forza. La risposta alla sollecitazione, infatti, dipende dall’entità delle

forze applicate, dalla geometria del corpo, ma anche dal tipo di materiale impiegato. Per

quanto riguarda le proprietà meccaniche si fa riferimento al modulo elastico (o Modulo di

Young) e alla resistenza a trazione e a compressione. Il modulo elastico misura la

residenza di un materiale alla deformazione elastica. Materiali con un modulo elastico

elevato si deformano poco; materiali caratterizzati da un basso modulo elastico si deformano

in modo rilevante quando vengono caricati. In altre parole, il modulo elastico consente di

valutare la rigidezza di una struttura. Nell’ambito delle costruzioni costituisce un problema, in

quanto ci si attende che gli elementi costruttivi subiscano soltanto ridottissime deformazioni

quando vengono sollecitati. Il modulo elastico si indica con la lettera maiuscola E e la sua

unità di misura nel sistema internazionale è il Pa. Il corpo ha un comportamento elastico

se per forze di piccola entità la deformazione è temporanea, e il corpo riprende la

configurazione di partenza quando cessa l’azione delle forze. Il corpo ha un

comportamento plastico se aumentando l’intensità delle forze applicate il corpo può subire

una deformazione permanente. La resistenza a trazione e a compressione misura lo sforzo

di trazione o di compressione che un materiale, sotto forma di provino, è in grado di

sopportare prima della rottura. Nel caso di sollecitazioni a trazione si può distinguere tra

materiali a comportamento duttile (dopo svariate deformazioni plastiche giungono alla

rottura) e materiali a comportamento fragile (senza significative deformazioni plastiche

giungono al punto di rottura).

La resistenza di un materiale alla frattura viene espressa in una grandezza che prende il

nome di tenacità. La tenacità di un materiale è tanto maggiore quanto più elevata è la sua

capacità di sopportare una sollecitazione prima di giungere a frattura. L’unità di misura della

resistenza a trazione e compressione nel Sistema internazionale è il Pa.

Le proprietà termiche di un materiale ne descrivono il comportamento in relazione alle

sollecitazioni termiche. Nei materiali utilizzati in ambito edilizio queste proprietà assumono

una particolare rilevanza perché da esse dipendono le prestazioni di isolamento termico e di

inerzia termica degli elementi costruttivi. La prima proprietà termica da considerare è la

conducibilità o conduttività, ovvero l’attitudine di un materiale a trasmettere calore. La

conducibilità dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche del materiale. Nel Sistema

internazionale l’unità di misura della conducibilità termica, che si indica con la lettera

dell’alfabeto greco lambda.

Per quanto riguarda la prestazione di isolamento termico in edilizia è frequente il

riferimento alla trasmittanza termica, che consente di misurare il flusso di calore trasmesso

per conduzione, convezione e irraggiamento attraverso una superficie di 1 in presenza di

una differenza di temperatura di 1 K tra esterno e interno. La trasmittanza aumenta al

diminuire dello spessore e all’aumentare della conducibilità del materiale. Pertanto minore è

la trasmittanza di uno stato di un materiale, maggiore è la sua prestazione di isolamento