Tecniche e architettura

L’EDIFICIO COME SISTEMA

1.

IL PROGETTO TRA VINCOLI E POSSIBILITÀ. Il progetto è 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, normativi, le caratteristiche fisiche dei materiali, le azioni e reazioni del contesto fisico e climatico.

Il progetto è un atto creativo, in cui si esprime la capacità del progettista di mettere a sistema il quadro dei vincoli

Dev’essere concepito come risposta a un

con gli obiettivi del progetto. bisogno dei destinatari, quindi nella fase

preliminare del progetto bisogna definire le esigenze per qualificare e quantificare i bisogni da soddisfare. I

requisiti orientano le decisioni progettuali: spazi e tecniche devono fornire prestazioni coerenti con le esigenze e

i requisiti.

Importante è l’equilibrio tra vincoli e possibilità: da un lato vi è il rischio di lasciarsi intrappolare dai vincoli,

irrigidendo il progetto; dall’altro, quello di far predominare la creatività trascurando i vincoli. Il progetto deve

confrontarsi con i vincoli normativi che riguardano diversi aspetti:

o o

Paesaggistica Prevenzione sismica

o o

Urbanistica Acustica

o o

Edilizia Comfort e risparmio energetico

o Igienico-sanitaria

Le norme fissano i requisiti obbligatori da rispettare, ma la normativa non esaurisce il quadro dei requisiti che il

progetto dovrebbe considerare.

Inoltre, il progetto deve confrontarsi con vincoli di tipo culturale, ossia i caratteri del contesto, legati alla cultura

è l’insieme di opere dell’uomo che si manifestano ripetutamente in

materiale locale. La cultura materiale

è l’insieme di edifici che caratterizzano l’architettura diffusa, espressione della collettività.

determinati luoghi; Le

forme degli edifici sono connotate in relazione al contesto climatico.

Il progetto è condizionato anche dalla disponibilità di risorse necessarie per renderne praticabile l’attuazione:

o Una prima categoria sono le risorse naturali: materie prime a materiali alla base della costruzione

dell’edificio, che possono essere disponibili localmente o importate, con costi variabili. Con lo sviluppo dei

mezzi di trasporto il mercato di riferimento è diventato un mercato globale, con grande disponibilità dei

materiali.

o Una seconda categoria sono le risorse intellettuali: conoscenze relative alle tecniche esecutive in relazione

all’impiego di determinati materiali e alle prestazioni dell’edificio ottenibili dalla scelta di determinate

tecniche e materiali. Quanto maggiori sono le conoscenze e competenze, tanto maggiori sono le possibilità

ha a disposizione. L’attuale complessità di competenze necessarie, richiedono un’interazione

che il progetto

tra i diversi specialisti.

La sintesi progettuale si manifesta anche nel comporre il rapporto tra forma degli spazi e materiali e tecniche

utilizzate per costruirli. Il progetto è esito del rapporto tra sistema degli spazi (sistema ambientale) e scelte tecnico-

Il soddisfacimento dei requisiti deriva dall’interrelazione tra prestazioni

costruttive (sistema tecnologico).

garantite dai singoli componenti dell’edificio e i rapporti tra le prestazioni delle parti assemblate.

Un edificio può essere considerato un sistema, costituito da diverse parti ed elementi costituenti che, nel loro

insieme, ciascuno con ruolo e contributo specifico, danno risposta ai requisiti. Per comprendere la complessità del

sistema edificio bisogna scomporre e classificare le parti che lo compongono.

L’individuazione delle esigenze avviene attraverso

1.ESIGENZE, REQUISITI, PRESTAZIONI

l’analisi dei bisogni da soddisfare, tenendo conto dei vincoli normativi, culturali, ambientali, economici del

contesto. corretto svolgimento di un’attività dell’utente.

o Esigenza: ciò che di necessità si richiede per il È il bisogno

dell’utente

Requisito: traduzione di un’esigenza in fattori atti a individuare le condizioni di soddisfacimento da parte di

o un organismo edilizio o di sue parti spaziali o tecniche

Prestazione: servizio reso e comportamento reale dell’organismo edilizio e delle sue parti

o 1

Classificazione delle esigenze:

o o

Sicurezza Gestione

o o

Benessere Integrabilità

o o

Fruibilità Salvaguardia ambientale

o Aspetto è un valore relativo, riferito

La qualità dell’edificio ai requisiti e agli obiettivi definiti preliminarmente. Le

esigenze vengono tradotte dal progettista in requisiti del progetto, individuando le caratteristiche che devono avere

le diverse parti dell’edificio per consentirgli di soddisfare le esigenze. Le funzioni vengono poi scomposte in

compiti assegnati alle singole parti. I requisiti sono la trasposizione tecnica delle esigenze. La loro individuazione

deriva dall’analisi delle esigenze confrontate con i fattori ambientali ed economici. Per soddisfare questi requisiti

devono essere fatte scelte di progetto riguardando le caratteristiche dei materiali, degli elementi costruttivi, le

relazioni tra le diverse parti. La prestazione è il risultato conseguito in relazione al comportamento dei materiali

e dei componenti scelti o delle soluzioni spaziali.

2.SISTEMA AMBIENTALE E SISTEMA TECNOLOGICO Esiste una continuità logica e

metodologica nei nessi cognitivi e ideativi che si stabiliscono tra i materiali per la costruzione, i componenti edilizi

e l’organismo architettonico. L’approccio sistematico alla progettazione consiste nell’individuare le parti e

studiarne le relazioni.

Attraverso processi di trasformazione e produzione i materiali divengono componenti edilizi e attraverso processi

i componenti edilizi diventano l’edificio. Le caratteristiche dei materiali e degli elementi tecnici

di assemblaggio

utilizzati per l’edificio ne la configurazione. L’edificio è un sistema in cui ogni elemento si relaziona

connotano

all’altro in modo complesso per soddisfare i bisogni. L’organismo edilizio è l’insieme strutturato di elementi

L’organismo edilizio è composto

spaziali e di elementi tecnici, interni ed esterni, caratterizzati dalle loro funzioni.

da spazi delimitati al perimetro da elementi fisici.

Il sistema ambientale 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.

L’elemento o unità spaziale è la porzione di di un’unità ambientale.

spazio destinata allo svolgimento delle attività

Il sistema ambientale riguarda l’insieme degli spazi interni dell’edificio, nei quali si svolgono attività principali e

secondarie degli utenti. Il sistema ambientale è caratterizzato dalla dimensione, dalla geometria e dalla posizione

ha stretta relazione con la forma e l’aspetto dell’edificio. La sua forma e dimensione dipendono dai

reciproca;

requisiti ambientali legati alle attività che si andranno a svolgere.

l’insieme strutturato delle unità tecnologiche e degli elementi tecnici, definiti

Il sistema tecnologico è nelle loro

prestazioni e nelle loro relazioni. L’elemento tecnico è il prodotto edilizio capace di svolgere funzioni proprie di

una o più unità tecnologiche.

I modelli funzionali definiscono le parti o strati funzionali caratterizzanti gli elementi tecnici, in rapporto ai

requisiti che connotano gli elementi stessi. I modelli funzionali sono nella fase progettuale il primo strumento

concettuale per poter definire le soluzioni tecniche. Consentono di classificare le tipologie di soluzioni in rapporto

alle possibilità offerte dal mercato. Facilitano la ricerca dei motivi funzionali che portano a scegliere una soluzione

piuttosto che un’altra. IN SUBSISTEMI Ogni parte dell’edificio

3.LA SCOMPOSIZIONE DELL’EDIFICIO

svolge un compito preciso, in relazione alla sua funzione e alla sua posizione. L’edificio può essere scomposto in

subsistemi ed elementi costruttivi.

L’unità tecnologica è un’unità che si identifica con un raggruppamento di funzioni, compatibili tecnologicamente,

necessarie per l’ottenimento di prestazioni ambientali. 2

2. MATERIALI

MATERIALI E FORMA COSTRUITA. Il rapporto tra materiali e forme costruite è un rapporto complesso e le

teorie dell’architettura si sono soffermate molto su questo tema. Già i primi trattati, con i quali ebbe inizio il

tentativo di sistematizzazione del sapere, contenevano espliciti riferimenti al rapporto tra materiali e forma.

all’inizio del 900, con la diffusione del

Significative sono state le trasformazioni del costruire e delle sue forme

calcestruzzo armato e dell’acciaio. Diffusa è la posizione che riconosce nelle caratteristiche dei materialo allo

stesso tempo un’inesauribile fonte di ispirazione.

Fin dall’antichità, quando i materiali per costruire erano pochi, fino ai giorni nostri, è diffusa la consapevolezza

che la conoscenza approfondita dei materiali e delle loro caratteristiche è condizione imprescindibile per la “buona

architettura”. Il termine “materiale” identifica

MATERIALI: DEFINIZIONI. una sostanza avente determinate caratteristiche;

indica un insieme di sostanze anche non omogenee, le quali abbiano in comune soltanto la destinazione a un’unica

funzione. I materiali possono essere classificati in quattro categorie: da un’elevata

o Materiali metallici: composti da uno o più elementi metallici miscelati tra loro e caratterizzati

resistenza meccanica e tenacità, deformabilità a freddo e a caldo, materiali metallici l’acciaio, alluminio

o Materiali polimerici: composti da lunghe catene di molecole a base di atomi di carbonio, con bassa resistenza

meccanica, elevata flessibilità e deformabilità, bassa conducibilità termica ed elettrica (polistirene,

policarbonato, polietilene)

o Materiali ceramici: materiali inorganici costituiti da elementi metallici e non metallici legati chimicamente

tra loro. Caratterizzati da durezza e fragilità, elevata resistenza meccanica a compressione, bassa

conducibilità termica ed elettrica, elevata resistenza chimica (vetro e laterizio)

o Materiali compositi e fibrosi: costituiti da due o più materiali appartenenti alle tre classi precedenti. Costituiti

da un materiale di rinforzo, in fibre o particelle, inglobato in un materiale che funge da matrice.

PROPRIETÀ DEI MATERIALI. Numerose sono le classificazioni per descrivere le proprietà dei materiali.

Ashby e Jones individuano otto differenti classi di proprietà:

o Economiche (prezzo, reperibilità, riciclabilità)

o Fisiche generali (densità)

o Meccaniche (comportamento elastico, a rottura e tenacità)

o Termiche (calore specifico, conducibilità termica e dilatazione termica)

o Elettriche e magnetiche (conduzione e resistività elettrica)

Di interazione con l’ambiente (ossidazione, corrosione)

o

o Connesse alla produzione (lavorabilità, assemblabilità, possibilità di finitura)

o Estetiche (colore, tessitura) da un’attenta valutazione delle prestazioni di ogni materiale rispetto

La scelta del materiale deve essere guidata

all’intero quadro dei requisiti.

Il prezzo dipende dal costo reale (capitale investito, lavoro ed energia) delle fasi di reperimento delle materie

prime e di lavorazione. Un materiale più è raro e più è complesso il processo che lo rende disponibile, più è elevato

il suo prezzo.

La proprietà fisica che caratterizza un materiale è la densità (massa volumica o massa specifica), definita come

L’unità di misura è kg/m³.

rapporto tra la massa di un corpo e il suo volume. Le proprietà meccaniche connotano

il comportamento di un materiale quando a un corpo viene applicata una forza. La risposta alla sollecitazione

dipende dall’entità delle forze applicate, dalla geometria del corpo, e dal tipo di materiale impiegato. È importante

scegliere il materiale in relazione alle proprietà meccaniche, al modulo elastico (Modulo di Young) e alla

resistenza a trazione e compressione.

Il modulo elastico (E, unità di misura: Pa) misura la resistenza di un materiale alla deformazione elastica. Materiali

con modulo elastico elevato si deformano poco; materiali con un basso modulo elastico si deformano in modo

rilevante. Quindi il modulo elastico consente di valutare la rigidezza di una struttura.

Un corpo sottoposto a forze tende a deformarsi: per piccole forze la deformazione è temporanea e il corpo riprende

la configurazione di partenza quando cessa l’azione delle forze (in questo caso il corpo ha un comportamento

elastico). Aumentando l’intensità delle forze applicate il corpo può subire una deformazione permanente (in 3

questo caso il corpo ha un comportamento plastico). La resistenza a trazione e a compressione misura lo sforzo di

trazione o di compressione che un materiale è in grado di sopportare prima di giungere alla rottura.

Nelle sollecitazioni a trazioni si può distinguere tra:

o Materiali a comportamento duttile: consistenti deformazioni plastiche prima della rottura

o Materiali a comportamento fragile: raggiungono la rottura senza significative deformazioni

La resistenza di un materiale alla frattura è espressa dalla tenacità: questa è tanto maggiore quanto più elevata è

la sua capacità di sopportare una sollecitazione prima di giungere a frattura.

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

Da queste proprietà dipendono le prestazioni di isolamento termico e di inerzia termica degli elementi costruttivi.

o

La prima proprietà termica è la conducibilità (unità di misura: W/mK) o conduttività: attitudine di un

materiale a trasmettere il calore. La conducibilità dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche del materiale.

o Per quanto riguarda la prestazione di isolamento termico ci si riferisce alla trasmittanza termica (U, unità di

misura: W/m²K): grandezza che dipende dalla conducibilità del materiale e dal suo spessore, e consente di

misurare il flusso di calore trasmesso per conduzione, convezione e irraggiamento. Aumenta al diminuire

dello spessore e all’aumentare della conducibilità del materiale.

è la proprietà che esprime l’attitudine

o Il calore specifico (unità di misura: J/kgK) di un materiale ad

che è necessario trasferire da un’unità di massa di un materiale

accumulare calore. È la quantità di energia

sua temperatura di 1˚K a pressione costante.

per variare la

Il coefficiente di dilatazione termica descrive l’entità della dilatazione che un materiale subisce in relazione

o a un aumento della temperatura. Se materiali di diversa natura sono messi a contatto, i loro coefficienti di

dilatazione termica devono essere prossimi tra loro per evitare eventuali scostamenti.

o La propensione di un materiale a conservare inalterate le proprie caratteristiche durante l’esercizio, e cioè in

funzione di fattori quali il tempo, la temperatura e gli agenti ambientali. I materiali utilizzati per strutture

portanti devono garantire prestazioni meccaniche costanti nel tempo.

MATERIALI ED EFFICIENZA AMBIENTALE. Gli attuali orientamenti progettuali volti alla riduzione delle

pressioni sull’ambiente e al miglioramento della qualità ambientale del costruito impongono l’attenzione nella

fase delle scelte tecnologico-costruttive e materiche. Quasi tutti i materiali possiedono qualche prestazione

l’alluminio è eco-compatibile

efficiente dal punto di vista ambientale: perché è riciclabile, il legno è eco-

Ma l’eco-compatibilità

compatibile perché è naturale. è un attributo difficilmente stimabile a livello di prodotto

quanto è strettamente relazionato all’uso del prodotto.

in Altro aspetto determinante è la vita utile prolungata nel

tempo dell’edificio. Inoltre, è importante la chiusura dei cicli, al fine di ridurre il consumo di materie prime e la

produzione di rifiuti; ma il processo di riciclo determina a sua volta consumi di energia e impatti ambientali.

Altro aspetto importante nella valutazione ambientale di un materiale è la distanza tra siti di estrazione,

lavorazione e messa in opera finale. Scelte ambientale efficienti sono quelle che fanno riferimento ai materiali

disponibili sul territorio e prodotti in ambito locale.

Altro aspetto da considerare è quella della durata prolungata dei componenti in uso: consente di diluire nel tempo

gli impatti relativi alla fase di produzione e di evitare precoci interventi di sostituzione e manutenzione. Occorre

quindi restituire centralità al progetto e alle esigenze da soddisfare.

valutazione dell’efficienza ambientale, la metodologia LCA (Life

Per una corretta Cycle Assessment) costituisce

un ottimo riferimento, offrendo la possibilità di misurare gli impatti prodotti da un materiale rispetto a determinati

indicatori lungo le diverse fasi del ciclo di vita. 4

1.MALTE, CALCESTRUZZO SEMPLICE E ARMATO Le malte e il calcestruzzo sono

conglomerati artificiali ottenuti mediante la miscelazione di acqua, sabbia, ghiaia ed elementi inerti di piccole

dimensioni con leganti ottenuti dalla frantumazione e cottura di materiali di origine minerale.

MALTE E CALCESTRUZZO NELL’ARCHITETTURA

1.1 Il più antico utilizzo dei materiali ottenuti

mediante la miscelazione di acqua e aggregati con leganti risale al 12.000 a.C., quando i popoli nomadi

utilizzavano rocce si origine calcarea per realizzare rudimentali riparti. Realizzarono che tali rocce a contatto con

il fuoco