l‘architettura strutturale: dalla ricerca della forma al free form design

1. Abstract.
Il metodo empirico nella definizione di una forma strutturale ha raggiunto un grado di efficienza e riconoscimento ormai globale, parallelamente alla continua espansione storica della tradizionale edilizia di massa. Facendo direttamente ricorso a materiali litoidi e lavorando con uno stato di tensione unilaterale, i progettisti guidati da “intuizioni statiche” sono riusciti in gran parte a plasmare costruzioni complesse, stabilizzate dal principio gravitazionale che agisce sulla massa a carico statico della struttura. A partire dalla seconda rivoluzione industriale, nonostante l’avvento di materiali capaci di resistere a sollecitazioni di trazione, la forma delle strutture ha continuato a seguire le regole della statica delle costruzioni, a garanzia di un risultato estetico certo. Nel caso di strutture a membrana e tensostrutture, in cui la morfologia deve soddisfare condizioni di equilibrio in uno stato iniziale di tensione, definire la forma è un “must” ed è pertanto necessaria una procedura di individuazione della forma per definire la geometria iniziale.
Oggi, architetti ed ingegneri hanno di fronte una nuova sfida, quella del free form design, una nuova tendenza in cui l’estetica prevale sulla razionalità statica e il ruolo giocato dalle strutture è quello di semplice supporto al design architettonico. Molti progetti innovativi si propongono di estendere lo “stato dell’arte”, ma di fatto, sulla base di esperienze personali, le nuove morfologie strutturali adottate nell’effettiva metodologia di progettazione concettuale generano incertezze nella valutazione della sicurezza. Oggi viviamo nell’era delle “metamorfosi linguistiche”, come le ha definite E. Benvenuto nel saggio “La scienza delle costruzioni e il suo sviluppo storico”, in cui il linguaggio simbolico e il formalismo matematico sono andati oltre la meccanica delle strutture piegandola al servizio del calcolo automatico. Pertanto, la “mentalità” su cui era fondato l’empirismo scientifico ha subito una radicale evoluzione.  J. T. Oden e K. J. Bathe vedono in questo cambiamento l’inizio di una nuova era, definita “empirismo computazionale”. Uno dei loro articoli riporta alcune interessanti osservazioni: “Già 40 anni fa, la comunità degli ingegneri era consapevole del fatto che l’impiego di metodi analitici classici offriva strumenti limitati per lo studio del comportamento meccanico e, pertanto, essi erano costretti a integrare la propria analisi con una buona dose di intuizione e discernimento acquisiti dopo molti anni di esperienza. L’empirismo ha svolto un ruolo d’importanza cruciale nel campo della progettazione: sebbene esistessero alcune teorie di carattere generale, i metodi per applicarle erano ancora in via di sviluppo e l’utilizzo di schemi approssimativi nonché il ricorso a indicazioni derivate da numerosi test e conferme
sul campo risultavano inevitabili. Oggi è opinione comune che il calcolo automatico abbia messo fine all’era dell’ingegneria semi-empirica. Ora è possibile costruire sofisticati modelli matematici per alcuni dei fenomeni più complicati della fisica e, se il processore ha una potenza sufficiente, si ottengono risultati numerici affidabili in base alla risposta del sistema esaminato“.
I vantaggi offerti dalle unità di elaborazione elettronica possono provocare, d’altro canto, un’esaltazione incontrollata del calcolo automatico e ingenerare la falsa idea che l’uomo possa venire eclissato dalle macchine e la logica dall’automazione. I benefici prodotti dall’informatica e dall’automazione hanno avuto un ruolo importante nel campo della progettazione strutturale nel suo complesso e, in particolare, nel caso di sistemi strutturali speciali. È stato possibile esaminare modelli teorici più rigorosi evitando, da un lato, semplificazioni eccessive che privano di ogni significato il modello, riducendo a mero schema la realtà, e dall’altro il pericolo che l’eccessivo ricorso ai calcoli possa far perdere di vista fatti autenticamente rilevanti, scoraggiando così
i progettisti dall’esplorare soluzioni strutturali diverse. In queste circostanze apparentemente favorevoli, si sono verificati numerosi fallimenti strutturali documentati, in cui gli errori imputabili ad una valutazione inadeguata del comportamento strutturale sono stati causati da interazioni uomo-macchina inaffidabili e dall’illusione che i computer, nella loro veste di potenti strumenti di analisi, potessero sostituire la progettazione concettuale e la capacità dell’esperto di esaminare criticamente e sinteticamente i risultati. Gli errori della modellizzazione basata sul metodo degli elementi finiti sono stati messi in evidenza nel corso della prima Conferenza Internazionale sulle tecnologie computazionali applicate alle strutture.
2. Morfologia e analisi strutturale.
La rivoluzione dell’informatica ha ovviamente influenzato anche l’ingegneria strutturale. Negli anni Cinquanta e Sessanta, la metodologia progettuale dell’ingegnere strutturale ha subito in misura significativa l’influenza di due importanti fenomeni: l’armonizzazione delle diverse teorie della meccanica strutturale e l’introduzione dei calcolatori elettronici a cui si sono aggiunti i linguaggi simbolici e di matrice nonché i metodi degli elementi finiti. La mia generazione ha visto compiersi il passaggio dai metodi di analisi approssimativi a quelli automatizzati basati appunto sul metodo degli elementi finiti. Tuttavia, dal punto di vista della progettazione concettuale, raccogliamo l’eredità di Eiffel, Gaudì, Torroja, Nervi, Morandi, Maillart e altri, che si avvalgono tutti di un comune “linguaggio strutturale”, come puntualizza Musmeci: “Mediante la sua forma, la struttura rivela immediatamente il flusso delle forze interne che l’attraversano, senza racchiuderlo e nasconderlo nel volume di una morfologia astrattamente concepita, incline al pregiudizio estetico e statico, in cui la maggior parte della materia e dello spazio è superflua”.
3. Tendenze attuali nel campo dell’architettura strutturale: il free form design.
Le risorse ausiliarie dell’informatica hanno dato vita a “tendenze moderne” nel campo dell’architettura strutturale4 fra le quali spiccano:
1. la prevalenza dell’estetica sulla razionalità statica:
2. una ricerca rigorosa dell’efficienza strutturale per risolvere problematiche più complesse della realtà, in modo da pervenire a soluzioni originali;
3. la retorica categorica delle azioni strutturali che si traducono in linguaggi di progettazione;
4. la struttura concepita come scultura;
5. l’impressionismo meccanicistico;
6. la trasposizione metaforica, in architettura,
della natura e di altri elementi ad essa estranei;
7. la ripetizione ritmica e uniforme di un motivo architettonico;
8. la rappresentazione enfatica di un dettaglio tipico per identificare le dimensioni complessive.
L’incertezza fenomenologica potrebbe essere considerata ogniqualvolta la forma della costruzione o la tecnica di progettazione genera dubbi su qualche aspetto del possibile comportamento della struttura durante la fase di costruzione, in servizio e in condizioni estreme. Queste incertezze vengono introdotte nei progetti che tentano di estendere lo “stato dell’arte”, includendo nuovi concept e tecnologie. Nelle realizzazioni pratiche, le incertezze fenomenologiche progettuali rivestono un ruolo importante. Oggi, la libera espressività formale concepisce oggetti architettonici quali torri pendenti, ponti scolpiti, involucri dalle linee fantasiose, la cui forma è in alcuni casi completamente svincolata dai principi strutturali. Secondo la filosofia tecnica e scientifica di Eiffel, Torroja, Nervi e altri, che facevano progettazione badando in primo luogo e soprattutto alla costruzione, nella convinzione che osservando le leggi dell’ingegneria statica avrebbero garantito di per sé il risultato estetico, questi esempi non sono altro che imposture strutturali. Al contrario, invece, molti di questi nuovi oggetti architettonici hanno destato il nostro stupore e vengono apprezzati in funzione del significato stesso dell’architettura, intesa come un esercizio tecnico ed intellettuale finalizzato a trasformare l’ambiente fisico per adattarlo alle esigenze della vita sociale. Non si può negare che alcune opere rappresentino veri e propri esempi di arte scultorea e architettonica, tanto che il ruolo delle strutture è di puro e semplice supporto al design architettonico.
In tali circostanze, Torroja aveva già anticipato, con un’affermazione di stampo etico, quale debba essere il comportamento nel free form design, che rappresenta una nuova sfida per architetti
e ingegneri: “Se essere creativi significa semplicemente farsi notare senza proporre argomenti convincenti, se la creatività non è il frutto di principi affidabili e scrupolosi applicati a nuove problematiche, allora le idee originali, degenerate da false rappresentazioni e da un manierismo inconsistente, passano dal genio alla vanità, pervertendo l’arte in espediente. L’innovazione da sola non può mai assumere un ruolo strumentale nella promozione dell’artista. Le sue capacità dovrebbero innanzi tutto suscitare rispetto e plauso, attirando solo in un secondo tempo l’interesse pubblico sul loro potenziale innovativo” (Torroja, “Razon y ser de los tipos estructurales”, cap. XVII).
A questo punto, occorre precisare che, in termini statistici, gli errori umani nel campo della progettazione e delle costruzioni tendono ad aumentare in misura significativa quando l’innovazione è discontinua e improvvisa o quando non si attua gradualmente con l’ausilio della conoscenza scientifica5 6. La morfologia strutturale libera che nasce dalla corrente in cui convergono le tendenze del free form design rappresenta allo stesso tempo l’ansia e il gusto della sfida insiti nella scienza e nella tecnica delle costruzioni, che sono tradizionalmente ancorate a tipologie e geometrie convenzionali (intelaiature, archi, strutture ecc.). Ciò comporta un cambiamento radicale nella forma mentis dell’ingegnere civile strutturale e nella metodologia da questi adottata, soprattutto per quanto riguarda il controllo interpretativo della risposta strutturale in termini di stato di tensione e deformazione in presenza di carichi fissi e mobili, ottenuta mediante analisi sofisticate effettuate in base al metodo degli elementi finiti. Il free form design richiede pertanto all’ingegnere strutturale un nuovo contributo. Ad esempio l’uso di profili convenzionali in acciaio, concepiti per essere collegati principalmente a 90°, non è più una soluzione percorribile quando la geometria strutturale è presente all’interno del design stesso. Un primo incontro internazionale sul free form design, incentrato su un nuovo contributo tecnologico per agevolare il processo di produzione e costruzione, si è tenuto presso l’Università TU Delft nel 2006.
Il free form design è sì una sfida per architetti e ingegneri, ma dopo le prime realizzazioni spettacolari, è necessario considerare attentamente le ripercussioni etiche ed estetiche del suo appeal nel contesto sociale per evitare la tendenza a ritenere positiva qualsiasi innovazione solo perché tale, a prescindere dai suoi meriti reali o dal suo contributo alla conoscenza. Da un punto di vista strutturale, al fine di garantire un doveroso livello di sicurezza, la progettazione e la costruzione delle morfologie strutturali libere caratteristiche del free form design necessitano di una perizia specialistica. Poiché le moderne attività di progettazione e costruzione fanno parte di un processo interdisciplinare, multi trasversale, olistico e complesso, che deve garantire un certo livello di sicurezza, è opportuno procedere a un’analisi del valore, anche nella fase preliminare di progettazione, per individuare la soluzione più idonea e compatibile rispetto alla resa funzionale attesa, spostando l’attenzione dal “know-how” al “know-why”, per progettare e costruire non soltanto l’oggetto ma la sua stessa funzione.