Tecniche e architettura

Tecnologia dell'architettura

Introduzione - Lezione 1, 9 marzo 2015

Progettare un'architettura significa progettare uno spazio, e bisogna avere un approccio esigenziale-prestazionale. Il progettare e il costruire sono vincolati da:

• Contesto ambientale
• Necessità di benessere
• Materiali a disposizione
• Tecniche costruttive scelte
• Processo edilizio (che comprende: il progettista, il committente, i produttori e l'impresa di costruzione).

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

Architettura = forma + funzione + tecnica

Techne = arte, perizia, saper fare → insieme di norme che regolano il concreto svolgimento di un'attività manuale.

Tecnologia dell'architettura = studio teorico della tecnica e delle sue applicazioni, studia i mezzi e sistematizza i procedimenti.

Tecnologie dell'architettura, Guido Nardi

Secondo Nardi si tratta dell'ambito scientifico che indica l'insieme di tecniche che consente la realizzazione del costruito. Diversamente dalle altre tecnologie, quelle relative all'architettura hanno uno sviluppo rallentato, mantenendosi sempre in bilico tra innovazione e tradizione → consentono architettura = forma + materiali + tecniche (un irrinunciabile, a priori) il raggiungimento del fine: l'abitare dell'uomo.

All'origine vigeva un'attualità assoluta di fini e mezzi, tecnica e prodotto si identificavano. Nel tempo è venuto a crearsi un divario sempre più lacerato tra "atti mentali" (ambito compositivo) e "atti tecnici" (ambito tecnologico). Il termine tecnologia si arricchisce grazie allo sviluppo e alla specializzazione.

Si tratta di un percorso evolutivo a due snodi:

• Uno che riguarda la storia dei materiali e delle tecniche
• Uno che riguarda l'ambito teorico-scientifico

Prima del '600 il processo si basava su prove empiriche delle pratiche, ci si preoccupava degli effetti. Dopo la rivoluzione galileiana ci si inizia a interessare delle cause.

Adattare gli edifici alla gente: Nel costruire, la vera misura di tutte le cose sono gli esseri umani. Perciò è necessario progettare ciascun edificio in relazione ai suoi futuri abitanti. Tuttavia non è sempre possibile, talvolta progettiamo senza sapere chi andrà ad abitare quell'edificio. La cosa migliore è dare alle varie parti le dimensioni adatte alla maggioranza della popolazione.

Il ciclo della materia - Lezione 2, 16 marzo 2015

"La tecnica è un'attività dell'uomo" Heidegger → Antropologia filosofica: ragiona sul rapporto tra uomo e natura, la tecnica costituisce la mediazione.

Nel 1928 Helmut Plessner definisce tale rapporto come distaccato, l'uomo assume una posizione eccentrica nei confronti della natura. Nel 1940 Arnold Gehlen afferma che l'uomo è un "essere carente", inadeguato a vivere nell'ambiente, e un "essere non specializzato", deve costruirsi le condizioni per sopravvivere → questo gli permette di adattarsi ad ogni ambiente. Nel 1979 Hans Jonas afferma che mentre la natura è qualcosa di statico, la tecnica è dinamica. Ogni prodotto umano è cultura, e questo rende il percorso umano un progresso, un'evoluzione.

Il ciclo della materia: Il ciclo di vita di un edificio ha a che fare con il ciclo di vita della materia.

• Ecosfera → Prelievo risorse (input) → Sfera umana → Emissione di rifiuti (output) → Ecosfera..

Ogni fase genera un impatto sull'ambiente: rifiuti solidi o emissioni in aria/acqua. Possono essere utilizzate delle procedure di calcolo per conoscere gli impatti ambientali determinati dai prodotti edilizi e dagli edifici nell'intero ciclo di vita. In particolare il "Life Cycle Assessment" (valutazione ambientale del ciclo di vita) è un metodo che consente di quantificare il consumo di risorse e il rilascio di emissioni inquinanti in ciascuna delle attività lungo l'intero ciclo di vita degli edifici. Questo consente al progettista di orientare le sue scelte nella direzione della sostenibilità ambientale.

Materia = qualsiasi cosa che abbia una massa (peso) e occupi uno spazio (volume); è la sostanza di cui gli oggetti fisici sono composti.

Fasi del ciclo della materia

1. Approvvigionamento di materia prima

Materia prima = materia fornita dalla natura e che serve come base per successive lavorazioni → il grezzo originario. → Estrazione → Stato naturale (1 lavorazione, genera un forte impatto sull'ambiente sia in termini di deturpazione paesaggistica sia in termini quantitativi di materiale movimentato e rifiuti prodotti) → Trasformazione → Semilavorati e produzione (2 lavorazione, genera impatto sull'ambiente) e Materiali.

Nota bene: ci sono casi in cui la materia prima viene portata direttamente in cantiere → ghiaia.

Materiali = sostanza fisica usata nella produzione di oggetti. La maggior parte non esiste in natura, bisogna usare un processo produttivo che "mescola" diverse materie prime e che "cuoce" tale composto → complessi cicli di trasformazione di tipo industriale che determinano notevoli impatti sull'ambiente e richiedono elevati consumi di energia. (cfr: argilla-laterizio)

Semilavorato = non è ancora il prodotto finale, necessita di altre lavorazioni prima di essere messo sul mercato. (cfr: acciaio-cemento)

Quindi attraverso processi di trasformazione e produzione, i materiali diventano componenti edilizi, i quali, attraverso processi di assemblaggio, diventano l'edificio.

2. Composizione

In cantiere possono avvenire due operazioni esecutive: la costruzione di parti d'opera o l'assemblaggio di componenti edilizi → nella maggior parte dei cantieri coesistono. I componenti edilizi che arrivano in cantiere già pronti e devono essere solo assemblati, sono definiti "prefabbricati".

Nota bene: l'utilizzo di questi impegna il progettista in un attento controllo dimensionale e dei rapporti tra le parti.

Esistono due tipi di assemblaggi:

• A umido → necessitano di un tempo di asciugatura
• A secco → viti e incastri (smontabili)

La scelta della modalità di assemblaggio è determinante rispetto agli scenari di fine vita dell'edificio e dei suoi materiali. (umido-demolizione collettiva; secco-riciclaggio)

Gli operatori che si sono susseguiti fino ad ora sono quelli dell'industria estrattiva, manifatturiera e delle costruzioni.

3. Gestione

Durante tale fase i materiali e i componenti dovrebbero garantire le prestazioni attese per il corretto funzionamento dell'edificio e soddisfare le esigenze di sicurezza e benessere degli abitanti.

Oggi vi è una particolare attenzione nel confronti delle prestazioni di isolamento termico al fine di contenere i consumi energetici. (Normative a proposito → La fase di gestione è la fase più impattante)

• Energetica
• Degli spazi
• Del mantenimento di un buono stato del materiale (manutenzione e duratura)

Quando l'edificio termina il suo ciclo di vita utile si intraprende l'attività di dismissione. → Causa la produzione di rifiuti.

4. Demolizione

Esistono due tipi di demolizione:

• Collettiva
• Selettiva → consiste nella separazione dei materiali a seconda della loro omogeneità materica.

Talvolta è possibile il riciclaggio, bensì non sempre il materiale mantiene lo stesso pregio. (cfr: vetro-metalli) → situazione ottimale

4. b. Disassemblaggio

Facilita il riutilizzo e il riciclaggio (materie prime seconde) dei materiali. Alcuni edifici sono totalmente reversibili.

Fasi del ciclo di vita di un edificio

• Fase di produzione → approvvigionamento materie prime/trasporto materiali allo stabilimento/processi di produzione e lavorazione
• Fase di costruzione → trasporto al cantiere/costruzione o assemblaggio
• Fase di gestione → uso/manutenzione/riparazione e sostituzione/riqualificazione
• Fase di fine vita → dismissione dell'edificio/trasporto/riuso o riciclaggio dei materiali/ conferimento in discarica

Esigenza-Requisito-Prestazione

Esigenza = è necessità, aspirazione, bisogno, pretesa di cose. Legata a tale concetto è la nozione di necessità. Esigenza è ciò che di necessità si chiede per il normale e corretto svolgimento di un'attività dell'utente.

Definire un sistema di esigenze significa individuare, quantificare e qualificare i bisogni espressi e inespressi da soddisfare in relazione alle attività previste e rispetto alle condizioni contestuali.

Classi esigenziali:

• Sicurezza (relativa all'incolumità dell'utente, nonché alla difesa e alla prevenzione di danni)
• Benessere (relativa all'adeguatezza alla vita del sistema)
• Fruibilità (relativa all'utilizzo del sistema)
• Aspetto (relativa alle funzioni percettive del sistema)
• Gestione (relativa all'economia di esercizio del sistema edilizio)
• Integrabilità (relativa all'attitudine delle parti del sistema a collegarsi tra loro)
• Salvaguardia dell'ambiente (relativa al mantenimento e miglioramento degli stati dei sovrasistemi di cui il sistema fa parte)

Requisito = (trasposizione tecnica delle esigenze) traduzione di un'esigenza in caratteristiche funzionali atte a individuare le condizioni di soddisfacimento da parte di un organismo edilizio, in determinate condizioni. Si tratta di tradurre le esigenze in obiettivi di progetto.

Nota bene: molti requisiti derivano dalla risposta di alcune norme che riguardano numerosi aspetti: paesaggistico, urbanistico, edilizio, igienico-sanitario, di prevenzione sismica, acustici, comfort e risparmio energetico.

Nota bene: oltre ai vincoli normativi, il progetto è chiamato a confrontarsi con vincoli culturali (caratteri del contesto, legati alla cultura materiale locale), con la disponibilità di risorse (naturali, intellettuali ed economiche).

Prestazione = è il servizio reso, il risultato in risposta alla richiesta presentata dal requisito. È quindi la descrizione formalizzata di un comportamento attivato in risposta a una richiesta e valutato in relazione alle condizioni specifiche contestuali.

Il rapporto tra esigenze, requisiti e prestazioni consente di dare motivazione del percorso ideativo e decisionale che porta alla definizione delle caratteristiche dei materiali, delle tecniche esecutive e del sistema edificio nel suo complesso.

L'edificio come sistema

Il progetto è esito dello stretto rapporto tra il sistema degli spazi (sistema ambientale) e le scelte tecnico-costruttive (sistema tecnologico).

Il sistema ambientale è l'insieme delle unità ambientali e delle unità spaziali. L'unità ambientale è il raggruppamento di attività dell'utente, derivati da una determinata destinazione d'uso dell'organismo edilizio. (es: spazi di vita, spazi di passaggio)

L'unità spaziale è la porzione di spazio fruibile destinata allo svolgimento delle attività di un'unità ambientale. (es: soggiorno, corridoio)

Il sistema ambientale è caratterizzato dalla dimensione (che dipende dalle attività che vi si andranno a svolgere), dalla geometria e dalla posizione reciproca degli spazi, indipendentemente dalle caratteristiche dei materiali che li delimitano. Esso inoltre è in stretta relazione con l'aspetto dell'edificio.

Allo stesso tempo non possiamo pensare a una forma senza caratterizzarla anche fisicamente, di che materiale è fatta ecc.

Il sistema tecnologico è l'insieme strutturato delle parti tecnologiche e degli elementi tecnici. L'elemento tecnico è il prodotto edilizio, più o meno complesso, capace di svolgere funzioni proprie di un'unità tecnologica → si configura come componente caratterizzante di un subsistema tecnologico.

Una volta definiti i requisiti degli elementi tecnici, per progettare bisogna conoscere i modelli funzionali, che definiscono le parti in rapporto ai requisiti (sono nella fase progettuale il primo strumento concettuale per procedere poi a definire correttamente le soluzioni tecniche definitive).

Anche i requisiti e le prestazioni si dividono in ambientali e tecnologici.

L'edificio composto da subsistemi

Un edificio ha una sua propria ecologia, un delicato equilibrio interno di meccanismi collegati. L'edificio è un sistema costituito da elementi strutturali al fine di rispondere al compito complessivo assegnato ad esso. È quindi costituito da parti correlate tra loro da un reticolo di relazioni che ne assicura la unitarietà di funzionamento (ogni parte ha una funzione specifica).

L'edificio può essere scomposto in subsistemi (unità tecnologiche) ed elementi costruttivi (elementi tecnici).

Componenti edili e funzione edile

I comuni componenti con cui mettiamo insieme gli edifici per vedere quali funzioni ci aspettiamo che adempiano.

Sito = è il perimetro essenziale esterno dei dispositivi con cui un edificio modifica l'ambiente esterno. Un secondo perimetro di dispositivi per modifica l'ambiente è compreso nell'involucro dell'edificio. Entro questi due perimetri vi sono meccanismi attivi che generano o pompano calore, fanno circolare l'aria, forniscono luce, alimentano utensili, distribuiscono l'acqua e raccolgono i rifiuti liquidi.

La struttura portante - Lezione 3, 23 marzo 2015

La funzione di un edificio è quella di proteggere uno spazio interno, e tale funzione è assolta costruendo superfici di involucro e di copertura. Le pareti sono soggette a sollecitazioni meccaniche di varia natura:

• Cariche permanenti: peso proprio dell'edificio
• Carichi accidentali: persone e mobili
• Carichi eccezionali: agenti atmosferici (vento, neve)

Dunque richiedono la presenza di uno scheletro che sostenga gli elementi stessi e le sollecitazioni che tali elementi sopportano. La struttura portante è composta da tutti quegli elementi che contribuiscono a sorreggere le varie parti dell'edificio, i carichi e le sollecitazioni, trasmettendoli al terreno.

All'esigenza della sicurezza, corrispondono i requisiti di:

1. Stabilità: ha a che fare con la geometria dell'edificio. Nota bene: se parti dell'edificio sono instabili e perdono la loro configurazione geometrica di equilibrio, perdono la loro capacità strutturale → occorre contrastare le forze orizzontali tramite controventi (giunti tra pilastri e travi di tipo rigido; controventi diagonali nelle campate orizzontali e verticali; pannelli o muri di controventamento).
2. Resistenza meccanica: vi sono alcuni materiali in grado di resistere e per verificare tale capacità vengono effettuate prove fisiche.
3. Non deformabilità: resistenza a trazione e compressione. (Flessione, effetto combinato) Nota bene: calcestruzzo armato, acciaio e legno non sono deformabili.

Nota bene: le parti strutturali critiche dal punto di vista dell'ottimizzazione della forma sono le parti orizzontali → travi e solai.

Unità tecnologiche ed elementi tecnici

La struttura di fondazione

La prima cosa da fare all'inizio di un cantiere è lo scavo e lo sbancamento. La profondità è variabile. Il carattere dello scavo dipende dal tipo di terreno davanti al quale ci troviamo: incoerente (si sfalda), coerente (compatto, quindi posso scavare in verticale).

Per struttura di fondazione si intende l'unità tecnologica che funge da collegamento tra edificio e suolo. Essa ha il compito di trasmettere a terra i carichi dell'edificio assicurando la stabilità della costruzione.

Il terreno di fondazione, la struttura di fondazione e la struttura di elevazione formano un insieme che deve essere considerato un unicum. La struttura di fondazione ha lo scopo di allargare il piano di appoggio dell'edificio in relazione alle caratteristiche del terreno.

I principali dati necessari alla definizione della fondazione sono:

• La portanza del terreno, definita dai carichi ammissibili

Alcuni esempi:

• Rocce compatte: 10 kg/cm²
• Sabbia e ghiaia compatte: 3-2 kg/cm²
• Sabbia e argille non compatte: 0,5-0,2 kg/cm²

• I carichi trasmessi dall'edificio (direzione e intensità)
• La posizione delle strutture portanti
• La forma dell'area e la posizione in essa dell'edificio
• La profondità del piano di posa delle fondazioni

L'allargamento dello scavo è possibile quando l'area di costruzione è più ampia dell'impronta dell'edificio. Spesso in contesti urbani...