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ARCHITETTURA & STRUTTURE: L’ETICA NEL
FREE-FORM-DESIGN (FFD)
Massimo Majowiecki – IUAV (Venezia, Italia)
1. INTRODUZIONE
L‟influenza di potenti algoritmi di modellazione geometrica permette oggi una libertà formale
(FFD), prima inimmaginabile nella progettazione architettonica. La veloce diffusione del FFD
e delle relative realizzazioni FFB (free form buildings), alcune di notevole valore
rappresentativo per la storia dell‟architettura, ha travolto la tradizionale impostazione
dell‟ingegneria strutturale generando incertezze di processo e conseguenti problemi di
affidabilità progettuale in generale e di sicurezza in particolare.
D‟altro canto, imitazioni ed originalità a tutti i costi ottenibili dalla facilità operativa del FFD,
aprono problemi di etica di sostenibilità nell‟ambito tecnico, culturale ed economico: perchè
ocorre tenere ben presente che l‟invenzione di forme strutturali “libere” deve pur sempre
soggiacere alle fondamentali leggi dell‟equlibrio e della resistenza. La metodologia
dell‟analisi del valore (VA), può aiutare ad ottenere la soluzione progettuale più idonea.
2. ARCHITETTURA & TECNOLOGIA : L’INFLUENZA DELL’INFORMATICA
Il contributo tecnologico degli ultimi decenni ha attraversato l‟architettura iniziando un
processo di innovazione e, per certi versi, influenzandola talmente da essere soprannominato
“processo di ingegnerizzazione dell‟architettura”. In realtà, il fenomeno può essere
interpretato come una nuova, storica, sintesi scientifica, ottenuta mediante l‟integrazione del
contenuto tecnologico, apportato specialmente dai nuovi materiali da costruzione, e
dall‟associazione di questi con tipologie e metodologie costruttive appropriate (nominate Hitech).
Attualmente assistiamo ad una metamorfosi del linguaggio di progettazione prodotta dalle
tecniche informatiche (IT) interattive grafiche (CAD).
Nel processo di progettazione concettuale architettonica la componente tecnologica
informatica, mediante l‟impiego di algoritmi geometrici per la generazione di superfici e
solidi (RHINO, CATIA, ecc.) e sistemi software nati in ambito di design industriale, diventa
dominante: la “forma architettonica” può essere “decostruita” con libertà formali e
compositive prima inimmaginabili; ne risulta che il profilo architettonico di una gens, che
popoli un tempo ed un luogo determinati, rappresentativo del più ampio contesto culturale cui
appartiene, al quale corrispondono tradizioni e costumi tipizzanti, che fondano autentiche
sensazioni architettoniche, può venire rapidamente omogeneizzato da un processo informatico
globalizzante.
Fig.1 Risorse informatiche per FFB
Si assiste ad una libera espressività formale che origina “oggetti architettonici” la cui forma,
nella maggior parte dei casi, sembra non avere alcun nesso con principi di cararttere
strutturale.
Molti di questi nuovi “oggetti architettonici” ci hanno meravigliato e, nel nome della
definizione stessa del termine architettura, quale attività tecnico-intellettuale volta a
modificare l‟ambiente fisico in relazione alle esigenze della vita associata, sono stati
largamente apprezzati; non si può negare che alcune costruzioni raggiungono livelli di arte
architettonico-scultorea e che il ruolo della struttura diventi unicamente quello di ente
resistente dell‟oggetto di “design architettonico”.Queste nuove realtà architettoniche, basate
essenzialmente su capacità artistiche individuali (quali la Sydney Opera House di Utzon,
1957-1973 ed il Guggenheim Museum Bilbao, 1991-1997 di Gehry-Fig.2) possono, d‟altro
canto, risultare didatticamente devianti inducendo ad elaborare imitazioni progettuali che, pur
partendo da Aspera possono, senza arrivare ad Astra, fermarsi a Mediocritas e introdurre
pericolosi ”equilibrismi” in campo strutturale; mentre le artistiche aggregazioni morfologiche
di alcuni progetti ispirati al cosiddetto “effetto Bilbao” possono fare ritenere fuori moda ogni
edificio a configurazione tradizionale.
Fig.2 FFB: La Sydney Opera House e il Museo Guggenheim di Bilbao
3. 3. INGEGNERIA & TECNOLOGIA : L’IMPOSTAZIONE UNITARIA DELLE
TEORIE DELLA MECCANICA STRUTTURALE E L’ANALISI AUTOMATICA
Contemporaneamente, la rivoluzione informatica ha naturalmente influenzato l‟ingegneria
strutturale.
A partire dagli anni „50-‟60 la metodologia progettuale dell‟ingegnere strutturista è stata
notevolmente influenzata da due importanti avvenimenti: l‟impostazione unitaria delle diverse
teorie della meccanica strutturale e l‟introduzione degli elaboratori elettronici accompagnati
dai linguaggi simbolici, matriciali, e dei metodi agli elementi finiti.
È interessante notare che, osservando lo sviluppo storico della scienza delle costruzioni, il
processo di sintesi unitaria delle diverse teorie della meccanica dei corpi elastici, ottenuta solo
alla fine dell‟Ottocento, a merito principalmente dei metodi energetici, era già possibile molto
prima, giacché i procedimenti risolutivi hanno conservato l‟impianto generale che gli
scienziati dell‟Ottocento avevano già compiutamente immaginato (Pozzati, 1988, [1] ): infatti,
il modello fisico è rimasto invariato dal tempo di Cauchy (1828); il metodo delle forze
impostato da Navier (1826) è definitivamente sviluppato da Maxwell (1864), Mùller-Breslau
(1886) e O. Mohr (1892); il metodo dell‟equilibrio viene applicato da A. Clebsh (1862) su
problemi particolari e la sua grande potenzialità viene riscoperta, dopo circa novant‟anni dalla
segnalazione di Navier e, dopo venti dalla nota di Mohr, da A. Bendixen (1914) e A.
Ostenfeld (1926), i quali introdussero il metodo dell‟equilibrio nella pratica corrente degli
ingegneri; i metodi basati su valutazioni di carattere energetico che, per loro comune
fondamento vengono di solito detti «del lavoro di deformazione», sono apparsi con Menabrea
(1875), Castigliano (1873) e Maxwell (1864).
Il ricongiungimento con quanto predisposto nell‟Ottocento e l‟impostazione unitaria delle
diverse teorie è stata tuttavia una conquista laboriosa consentita, oltre che dall‟apporto sempre
più massiccio del linguaggio simbolico, soprattutto dalle enormi capacità degli elaboratori,
avvalendosi del linguaggio matriciale e dei metodi di discretizzazione, specialmente quello
degli elementi finiti (FEM;BEM,ecc.). Siamo nell‟era della «metamorfosi del linguaggio»,
come viene denominata da E. Benvenuto nella sua recente “storia della scienza delle
costruzioni”, dove il linguaggio simbolico e il formalismo matematico hanno attraversato la
meccanica delle strutture per tradurla a servizio del calcolo automatico. E‟ così mutata la
«mentalità» alle radici dell‟empirismo scientifico.
J.T.. Oden e K.J. Bathe ravvisano in questa svolta l‟inizio di «un‟era di empirismo
computazionale». In un loro interessante articolo si legge: «La comunità degli ingegneri di 20
anni fa era consapevole che l‟uso dei metodi analitici classici offriva limitatissimi strumenti
per lo studio del comportamento meccanico e, conseguentemente, era necessario che
l‟ingegnere arricchisse le sue analisi con il soccorso di molto giudizio e intuizione accumulati
in molti anni di esperienza. L‟empirismo giocava un grande ruolo nella progettazione; benché
fossero disponibili alcune teorie generali, i metodi per applicarle erano ancora in fase di
sviluppo ed era inevitabile ricadere in schemi approssimati e far appello a indicazioni
provenienti da numerose prove e conferme. Oggi è diffusa l‟opinione che l‟avvento del
calcolo automatico abbia posto fine a tale epoca semi-empirica dell‟ingegneria: ormai
possono essere costruiti modelli matematici raffinati su alcuni dei più complessi fenomeni
fisici e, se la potenza del calcolatore è sufficiente, si possono produrre risultati numerici
credibili sulla risposta del sistema esaminato».
Tab.1 Teoria delle strutture & della modellazione numerica
I vantaggi offerti dagli elaboratori elettronici possono, d‟altro canto, creare un‟esaltazione
incontrollata del calcolo automatico e dare l‟illusione che l‟uomo possa essere superato dalla
macchina, e la logica dall‟automatismo.
Nell‟attuale situazione di sviluppo di sofisticati elaboratori automatici e di generali
programmi elettronici indirizzati alla progettazione architettonica e strutturale, il rapporto
ottimale tra uomo e macchina sembra essere raggiunto mediante le moderne tecniche di
«interazione grafica».
La tecnica interattiva tra uomo e macchina mette in rilievo i contributi più salienti delle parti
permettendo di raggiungere simultaneamente i seguenti obiettivi:
- Ottimo rapporto per la fase di ANALISI (operazione affidata all‟elaboratore utilizzandone
la potenza, capacità e velocità di calcolo);
-
Ottimo rapporto di SINTESI (operazione affidata al progettista responsabile del controllo
della validità dei dati e della critica dei risultati).
Fig.3 Processo di progettazione interattiva
Fig.4 Rete hardware e software
L‟interattività tra progettista ed elaboratore elettronico [che, nel campo dell‟applicazione che
ci interessa, è definita da varie sigle sempre più conosciute quali: CG (computer graphics);
CAD (computer aided design); CAAD (computer aided architectural design); CAE (computer
aided engineering); CAM (computer aided manufacturing)] ha rivoluzionato la metodologia
progettuale e, implicitamente, il linguaggio ed il supporto della documentazione progettuale.
L‟elaborazione progettuale viene interfacciata da hardware e software interattivi. Il supporto
topologico e geometrico del progetto architettonico e delle strutture diviene necessariamente
integrato.
4. ARCHITETTURA & STRUTTURE
Nel contesto di questa terza impressionante rivoluzione tecnologica (Informatic Technology)
ci interessa analizzare l‟evoluzione dell‟interazione tra architettura ed ingegneria strutturale.
A questo scopo siamo fortunati , giacché tra i primi progettisti moderni nel campo
dell‟architettura strutturale troviamo protagonisti Italiani: Pier Luigi NERVI, Riccardo
MORANDI e Sergio MUSMECI.
Nervi ha poche perplessità compositive: “La progettazione è il fatto fondamentale della
creazione edilizia. Essa si può definire, in senso vasto, come l‟invenzione e lo studio dei
mezzi necessari a raggiungere un determinato scopo con la massima convenienza.”E ancora:
“L‟ideazione di un sistema resistente è atto creativo che solo in parte si basa su dati scientifici; la sensibilità
statica che lo determina, se pure necessaria conseguenza dello studio dell‟equilibrio e della resistenza dei
materiali, resta, come la sensibilità estetica, una capacità puramente personale. Anche per la progettazione statica
la chiara visione del fine da raggiungere e la serena indipendenza di spirito nei riguardi di soluzioni già attuate in
casi analoghi, sono indispensabili condizioni di buon successo. Indipendenza che non è la ricerca di una
originalità fine a se stessa”
Morandi avverte ed intuisce la possibilità di “plagio” da parte dell‟analisi automatica delle
strutture nel processo di progettazione rispetto al potere di sintesi fisico- intuitiva. Infatti
afferma:
“Basta possedere anche una modesta dimestichezza con la progettazione per sapere che è
sempre possibile entro certi limiti, risolvere un tema in più maniere perfettamente equivalenti,
funzionalmente, staticamente ed economicamente. A questo punto la scelta definitiva della
soluzione fra tante valide, e l‟amorosa cura del dettaglio formale (questo quasi sempre
indipendente dall‟imperativo del calcolo) trascendono il fatto puramente tecnico e,
intenzionalmente o inconsciamente, partecipano alla creazione artistica”.
Andò maturando in Lui la negazione di ogni validità sia della tecnologia fine a se stessa sia
dei preconcetti formali, a favore di un disegno architettonico chiaro e aderente all‟ideale di
equilibrio (non compromesso) tra funzionalità dell‟impostazione, rigore della soluzione
strutturale e qualità dell‟immagine finale.
Le consapevoli scelte costruttive che ne precisano l‟identità raggiunta, derivano dalla esplicita
adozione di “schemi statici semplici facilmente controllabili, anche nei riguardi di una sempre
imperfetta esecuzione, e in cui la disposizione e la forma delle varie membrature esprimano
chiaramente la funzione statica: in ultima analisi la loro ragione di esistere”.E osserva quindi:
“Il calcolo, questa parola misteriosa per i non iniziati e in nome della quale si sono sciupate e
si seguitano a sciupare tante realizzazioni di bellissimi temi, può mai essere considerato un
fattore assoluto di determinazione della forma di una struttura, quando risulta ampiamente
dimostrato che essa è fondata sulla consapevole sensibilità di chi progetta, architetto o
ingegnere che sia?”
Con Sergio Musmeci le impostazioni concettuali di Nervi e Morandi, che richiedono alla
struttura un “linguaggio” espressivo in termini di funzionalità statica, vengono spesso
supportate da dimostrazioni matematiche. Musmeci introduce il concetto della ricerca della
“forma strutturale” in funzione della minimizzazione della materia richiesta per
controbilanciare l‟energia potenziale di un sistema di forze esterne.
“La ricerca della forma strutturale non è innescata da un atto intuitivo o capriccioso, ma da un
processo che ricerca la necessaria configurazione della materia nello spazio, atta a risolvere
un determinato compito strutturale impiegando il minimo indispensabile delle risorse”.
“La struttura, attraverso la sua forma, rivela con immediatezza il flusso delle forze interne che
la percorrono e che non sono dunque rinchiusi e nascosti entro il volume di una morfologia
concepita astrattamente, secondo pregiudizi estetici e statici in cui gran parte della materia e
dello spazio impiegati è superflua”.
Secondo Musmeci esiste una sola quantità minima di una determinata materia con cui ogni
struttura può essere realizzata, una volta definito il sistema delle forze esterne. Tale invariante
è connessa direttamente al concetto di minimo strutturale.
E‟ la forma che, con il minimo impiego di una certa materia, occupa il minimo volume nello
spazio.
Ad es., la forma dell‟arco limite risulta essere: y=log cosX ; equazione che asintoticamente
tende a rappresentare una colonna ad uniforme resistenza la cui sintope è la luce limite per il
materiale.
Risulta semplicemente: K=σ/γ, dove σ è la tensione limite del materiale e γ è il peso specifico.
Il parametro K, dimensionalmente espresso da una lunghezza, sintetizza l‟efficienza del
materiale
Materiali convenzionali
R
t
N/mm²
Mattoni
Legno
85
Cemento
R
c
k
N/mm²
10
3
18
37.5
5
30
25
3
N/m3 Kt
m
Kc
m
166
21.250
9.375
1.200
S 355
520
79.5
6.664
----
S 460
640
8.050
----
S 690
860
79.5
79.5
10.080
----
S 850
1050
79.5
13.376
----
Titanio
900
45
20.000
----
Materiali compositi hi-tech
R
t
N/mm²
R
c
N/mm²
k
10
3
N/m3 Kt
m
Kc
m
Fibre di carbonio unidir.
1400
15.5
90.000
----
Fibre tessili di carbonio
800
15.5
52.000
----
Fibre aramidiche unidir.
1600
13
123.000
----
Fibre tessili aramidiche (Kevlar)
750
13
58.000
----
Fibre di vetro unidir.
1100
20
55.000
----
Fibre tessili di vetro
450
20
22.500
----
Tabella 2. Proprietà meccaniche dei materiali da costruzione
Fisicamente è la lunghezza di un asta, di un certo materiale, per la quale la sezione iniziale si
rompe per effetto del proprio peso: in compressione (Kc) o in trazione (Kt). N.B. (si noti che
l‟influenza della instabilità dell‟equilibrio fa perdere di ogni significato limite a Kc per i
materiali più efficienti).
4.1 Free Form Architecture (FFA), una nuova frontiera per lo stato dell’arte?
Molti contemporanei guardano alle leggi imposte dalle nuove tendenze progettuali come[2]:
la prevalenza dell‟estetica sulla razionalità statica;
l‟assidua ricerca dell‟efficienza strutturale per risolvere una questione più complessa
della realtà al fine di ottenere una soluzione originale;
la retorica categorica delle azioni strutturali che si traducono in linguaggi progettuali;
la struttura come scultura;
impressionismo meccanicistico;
la trasposizione metaforica, nell‟architettura, della Natura e di altri elementi estranei;
la ripetizione ritmica e monotona di un motivo architettonico;
la rappresentazione enfatica dei dettagli tipici di un elemento per individuare la scala
generale;
l‟introduzione di risorse ausiliarie di tecniche informatiche (IT).
Nelle realizzazioni dei nostri giorni, la libertà formale dà origine a oggetti architettonici come
torri pendenti e a spirale, ponti scultura, “enclosures” e coperture a forma libera e simili, la cui
forma molto spesso non ha nulla a che fare con principi strutturali.
In linea con la filosofia tecnico-scientifica espressa da Eiffel/Torroja/Nervi e altri, che
progettavano guardando innanzitutto e principalmente alla costruzione, sicuri che il rispetto
delle leggi dell‟ingegneria statica fosse di per sé una garanzia per il raggiungimento di
risultati estetici, gli esempi di FFB non sarebbero altro che delle falsificazioni strutturali.
Tuttavia, molti di questi nuovi oggetti architettonici ci hanno meravigliato; è innegabile che
alcune opere raggiungono il livello di arte architettonica e scultorea e il ruolo svolto dalla
struttura è soltanto quello di supportare il progetto architettonico Fig.5.
Per contro, un falso strutturale e/o forme dalla morfologia scultorea, che fanno sembrare
obsoleto qualsiasi edificio a configurazione prismatica, potrebbero indurre studenti e
professionisti privi di sufficienti conoscenze ed esperienza a elaborare imitazioni
caratterizzate da pericolose incertezze progettuali.
Fig. 5 Alcuni esempi concreti di Free-Form-Design
Gli attuali esempi di architettura strutturale non sono più correlati in termini di disciplina
come in passato; l‟architettura spettacolare è intanto diventata una moda internazionale e
l‟estetica teatrale è stata accolta calorosamente in molte parti del mondo. Nonostante Spinoza
affermi che l‟etica cambia col tempo perché le sostanze che l‟intelletto percepisce ovviamente
cambiano, l‟introduzione di questioni di etica architettonica e strutturale nel rispetto del
principio della responsabilità introdotto da Hans Jonas[3] potrebbe scongiurare alcuni
stereotipi tecnologici e strutturali come il Millennium Bridge di Londra, dove la stabilità
strutturale è stata sacrificata alla creazione di stupore tecnologico, ed esempi di progettazione
concettuale falsa, didatticamente fuorvianti, come il Ponte Alamillo di Siviglia, dove
l‟indovinato progetto di un ponte simbolo è stato associato all‟ipotesi che il peso della torre
inclinata del ponte fosse sufficiente per controbilanciare l‟impalcato con tiranti, mentre la
maggior parte del materiale utilizzato per la funzione del ponte era in realtà strutturalmente
inutile e volto a ottenere una scultura. L‟etica potrebbe aiutare a ottenere informazioni e
processi di realizzazione più affidabili dai progettisti evitando di conseguenza che i progetti
siano basati su false ipotesi.
5. LE INCERTEZZE PROGETTUALI COME DIVARIO TRA SCIENZA (SAPERE
“PERCHÉ”) E TECNOLOGIA (SAPERE “COME”)
In un interessante trattato del 1956, Francisco Vera affermava che lo sviluppo della scienza
(know why) e della tecnica (know how) nella civiltà occidentale non era correlato nel tempo
come, al contrario, avveniva, con armonia e coerenza, nelle civiltà orientali.
Dall‟epoca della prima rivoluzione industriale, infatti, inizia un fenomeno di accelerazione
della tecnologia rispetto all‟associato campo scientifico. Questa dicotomia diventa molto
evidente nell‟epoca moderna dove ricerca e produzione tecnologiche non sono più “filtrate” o
integrate con continuità dal parallelo processo di sintesi scientifica. Le scoperte tecniche non
accompagnate da controllo scientifico spesso risultano controproducenti ed “inquinanti”;
l‟innovazione tecnologica ci appare discontinua e si presenta come rivoluzione industriale
manifestandosi in maniera impulsiva, dopo aver raggiunto una soglia inerziale rappresentata
dalla tradizione e convenzionalità scientifica corrente.
Dall‟ultima rivoluzione industriale il processo tecnologico è stato rapidissimo. Mentre nello
stesso periodo si è passati, tanto per citare esempi paralleli in altri campi della tecnica, da
velocità ferroviarie pari a cento chilometri orari a velocità superiori ai trecento chilometri
orari, da navi di ottantamila tonnellate a navi da due milione di tonnellate, da aerei a elica a
veicoli lunari, nel campo degli edifici alti si e giunti a costruire fin oltre i quattrocento metri
(ad esempio la Sears Tower di Chicago e le torri Petronas di Kuala Lumpur), e si progettano
ora megastrutture di oltre ottocento metri di altezza. Parallelamente, le luci massime dei ponti
in cemento armato sono state portate dai centottantasette metri degli archi del ponte di
Plougastel (Brest) ai trecentoquattro del ponte della Baia di Sydney, così come nel campo dei
ponti metallici si stanno realizzando campate di circa duemila metri in Giappone e
progettando ponti a campata unica di tremila metri per lo Stretto di Messina ed a
multicampata di 5000m. per lo Stretto di Gibilterra.
La Storia della Tecnica ha a che fare con molti “Come” che risultano dai “Perché” noti,
proprio come voleva Bacon, ma in molte occasioni, i “Come” hanno anticipato i “Perché”. Ci
sono anche stati molti “Cosa” come la macchina a vapore di Watt che ha funzionato per meno
di un secolo con un “Come” noto (l‟invenzione) e un “Perché” sconosciuto (svelato solo
quando Sadi Carnot affermò il 2° Principio della Termodinamica).
oomprensione
conseguenze prevedibili
Etica della CONTEMPORANEITA'
Conseguenze non completamente prevedibili
Etica della
RESPONSABILITA'
RESPONSABILITA'
c
"PERCHE'"
"COME"
incertezza
BACON
b
t(c;p)
(~1600)
f
"PERCHE'"
t(p; c)
ac = piena comprensione
ab = contributo della scienza
bc=contributo dell'arte
e
"COME"
"COME"
L'ingegneria è
Arte+ Scienza
l'ingegneria è scienza assistita dall'arte
df =piena comprensione = contributo della scienza
d
l'ingegneria è arte assista dalla scienza
a
tempo
Figura 6. Crescita del “sapere come” (know how) e del “sapere perché” (know why) nel
tempo
L‟Etica della Sostenibilità stabilisce limiti progressivamente più stretti nel tempo, fino a
quando il Sapere Come supera il Sapere Perché. Il Sapere Come (know how) cresce, in
funzione del tempo, più rapidamente rispetto al Sapere Perché (know why) con la
conseguente crescita dell‟incertezza (fig.6); ne deriva che non è possibile prevedere le
conseguenze a lungo termine di un‟azione che si sa come compiere ma non perché accade e le
sue conseguenze.
Alcuni errori di progettazione, che derivano dalla mancanza di interazione tra architettura e
ingegneria strutturale secondo le nuove tendenze progettuali e le nuove circostanze, oppure
dalla non osservanza di standard etici in linea con il principio della responsabilità, sono stati
in passato e sono tuttora causa di progetti sfortunati che comportano azioni giudiziarie,
malfunzionamento strutturale e perfino crolli. Considerando che la progettazione moderna è
un processo complesso, olistico, trans-, multi- e interdisciplinare che deve raggiungere un
necessario livello di affidabilità rispettando principi generali e regole di fattibilità,
l‟Architettura Strutturale (AS) si presenta come una metodologia, una conoscenza riflessiva
che porta ad approcci progettuali appropriati e conformi all‟etica della responsabilità civile
della tecnologia.
5.1 Violazioni dello stato limite osservate in costruzioni insolite: un problema di
sicurezza strutturale
L‟ analisi separata degli aspetti progettuali, porta alla mancata visione concettuale unitaria del
progetto, a maturazioni cronologicamente differite, e, di norma, ad una qualità globale
inferiore. Alcuni errori progettuali, nati dalla mancata interazione architettonico-strutturale o
dal mancato rispetto dell‟etica della responsabilità (sostenibilità), sono stati e sono causa di
insuccessi progettuali, contenziosi giuridici, danni, ed in alcuni casi disfunzioni e collassi
strutturali di nuove costruzioni (aumentati notevolmente negli ultimi tempi).
Dall‟osservazione della performance in servizio e dei danni e crolli di interi sistemi strutturali
o di loro parti, abbiamo ottenuto molte informazioni e insegnamenti riguardanti la
progettazione e la verifica in funzione dei principali stati limite e dei limiti di servizio. Le
violazioni dello stato limite delle strutture sono state responsabili di crolli spettacolari come
quelli dei ponti Tay (1879), Quebec (1907) e Tacoma (1940). A volte è un fenomeno
apparentemente "inimmaginabile" a causare il cedimento strutturale. Pare che il crollo del già
citato ponte di Tacoma Narrows sia stato un caso del genere. Si tratta inoltre di un progetto
che si ispirava notevolmente a un progetto precedente di ponte sospeso.
Coperture di grandi dimensioni sono state interessate da cedimenti parziali o totali come
quelli del Hartford Colisseum (1978), del Pontiac Stadium (1982) e del Palasport di Milano
(1985) a seguito di nevicate, dello Stadio Olimpico di Montreal a causa dell‟azione del vento
sul tetto a membrana (1988) e dell‟accumulo di neve (1995), del Minnesota Metrodome
(1983) la cui struttura aerea ha ceduto per effetto dell‟accumulo di acqua piovana, del guscio
in acciaio e vetro del palasport di Halstenbeck (2002), dell‟acquapark di Mosca (2004), del
terminal dell‟aeroporto di Roissy (Parigi 2004) (Fig.7-12).
Fig.7 Palasport di Milano – Crollo del tetto a causa del carico di neve
Fig.8 Stadio Olimpico di Montreal – Crollo parziale del tetto per l‟accumulo di neve (1995)
Fig.10 Palasport di Halstenbeck – Crollo per instabilità globale (2002)
Fig.11 Acquapark e piscina di Mosca – Crollo del tetto (2004)
Fig.12 Terminal dell‟aeroporto Roissy di Parigi – Crollo del guscio (2004)
Questi casi di cedimento strutturale rappresentano delle vere e proprie lezioni sull‟argomento,
volte a individuare le incertezze progettuali e costruttive nella valutazione dell‟affidabilità.
Secondo Pugsley (1973), i principali fattori che determinano "la propensione verso incidenti
strutturali" sono:
materiali nuovi o insoliti;
metodi di costruzione nuovi o insoliti;
nuovi o insoliti tipi di struttura per dimensioni e morfologia;
deficienza diesperienza e organizzazione delle squadre di progettazione e costruzione;
deficienza di background di ricerca e sviluppo;
clima economico;
clima industriale;
clima politico.
Tutti questi fattori si possono applicare molto bene a strutture che spesso presentano qualcosa
di “insolito” che ha chiaramente delle ripercussioni sull‟interazione umana.
Nella tabella 3 la principale causa di cedimento assegna il 43% della probabilità (Walker,
1981) alla valutazione inadeguata delle condizioni di carico o del comportamento strutturale.
Causa
% Fattore
%
Errata valutazione delle condizioni di carico
43 Ignoranza, disattenzione, negligenza 35
o del comportamento strutturale
Errori nei disegni o nei calcoli
7 Dimenticanza, errori, sbagli
9
Insufficienti informazioni nei documenti
Affidamento
ad
altri
senza
4
6
contrattuali o nelle istruzioni
sufficiente controllo
Contravvenzione alle condizioni dei
9 Sottovalutazione delle influenze
13
documenti contrattuali o alle istruzioni
Errata esecuzione della procedura di
13 Insufficienti conoscenze
25
edificazione
Uso errato, abuso e/o sabotaggio, catastrofe,
Situazioni
oggettivamente
deterioramento imprevedibili (in parte 7
4
sconosciute (inimmaginabili?)
"inimmaginabili"?)
Variazioni irregolari nel carico, la struttura, i
10 Altro
8
materiali, l‟esecuzione, ecc.
Tabella 4 – Fattori di errore in casi di
Tabella 3. Principali cause di cedimento.
cedimento
osservati
(Adattato
da
Adattato da Walker (1981).
Matousek e Schneider[4] )
A parte l‟ignoranza e la negligenza, si può notare che la sottovalutazione delle influenze e le
insufficienti conoscenze sono i fattori più probabili nei casi di cedimento osservati (Tabella
4).
6. 6ARCHITETTURA
FFB:
DELL’AFFIDABILITÀ
INCERTEZZE
NELLA
VALUTAZIONE
Molti nuovi progetti di strutture di grandi luci e altezze tentano di ampliare lo "stato
dell‟arte". Nuove forme di costruzione e tecniche di progettazione, adottate nell‟ambito
dell‟attuale metodologia di progettazione concettuale, generano incertezze fenomenologiche
su qualsiasi aspetto del possibile comportamento della struttura in fase di costruzione, in
servizio o soggetta a condizioni estreme.
Altri fattori come l‟errore umano, la negligenza, i carichi trascurati e/o la cattiva esecuzione
sono spesso implicati in casi di malfunzionamento, cedimento o crollo.
Fortunatamente, le strutture raramente cedono clamorosamente, ma quando lo fanno ciò è
spesso dovuto a cause che non sono direttamente collegate alle distribuzioni del carico
nominale previste o della robustezza dei materiali.
Osservando i risultati statistici del comportamento osservato in servizio, le tipologie insolite, i
nuovi materiali e soprattutto “l‟effetto scala” delle grandi dimensioni, emergono molti aspetti
legati alla progettazione speciale e si possono individuare i seguenti tipi di incertezze nella
valutazione dell‟affidabilità [4] Fig.13 :
Fenomenologica
Decisio
ne
Modellazione
Fisica
Previsio
ne
Fattori
Umani
Statistica
Fig.13 Incertezze nella valutazione dell‟affidabilità secondo Melchers (1987)
incertezza fenomenologica;
incertezza decisionale;
fattori umani;
incertezza della previsione;
incertezza fisica;
incertezza della modellazione;
6.1 Incertezze fenomenologiche
L‟incertezza fenomenologica può nascere quando la forma della costruzione o la tecnica di
progettazione generano incertezza su un qualsiasi aspetto del possibile comportamento della
struttura in fase di costruzione, in servizio o soggetta a condizioni estreme.
Tali incertezze vengono introdotte in progetti che cercano di ampliare lo «stato dell‟arte»,
includendo nuove tecnologie e concetti e lasciando spazio alla creatività nella ricerca di
un‟idea progettuale.
Quando un nuovo cosa si metteva a servizio dell‟umanità, indotto dalla fantasia e
l‟immaginazione degli uomini, la sfida era come ottenerlo e capire perché assolveva la
funzione prevista: e a che scopo.
In particolare, la forza della mente umana, ossia la conoscenza, la comprensione, la saggezza,
l‟immaginazione e l‟intuizione, partecipa al processo progettuale e la fantasia vi introduce un
livello di incertezza fenomenologica dove l‟estensione della creatività coincide con la
creazione di un nuovo stato dell‟arte (fig.14).
Figura 14. Creatività – estensione della Conoscenza
Come tutti i processi iterativi, l‟elaborazione del progetto passo dopo passo fornirà una
soluzione affidabile se le incertezze fenomenologiche introdotte dalla fantasia (appartenente
ancora all‟area sconosciuta) convergono verso un‟area nota e capita, allargando così la
conoscenza. Una soluzione progettuale divergente va considerata come un “insuccesso
progettuale”.
Per quel che riguarda l‟interazione tra architettura ed etica, è importante considerare
”l‟insuccesso” come una “prestazione che non è coerente con le aspettative” [5]. Ciò implica
che le aspettative di successo devono essere realistiche e tener conto delle risorse disponibili.
Un esempio interessante, considerato all‟epoca una rara eccezione e probabilmente il primo
esempio di free-form-design, è la Sydney Opera House del 1957-1973, un edificio talmente
bello che gli utenti perdonano pazientemente le sue grandi inadeguatezze; pur essendo un
notevole successo per quel che riguarda l‟estetica, non ha mai svolto adeguatamente la sua
funzione di teatro dell‟opera. Ma oggigiorno la sfida è innanzitutto quella di ottenere una
forma spettacolare e impressionante come gli oggetti architettonici del free-form design:
blobs, edifici inclinati e a spirale altissimi, ponti “landmark”, ecc. Un interessante contributo
riguardante le tendenze dell‟architettura dopo “l‟effetto Bilbao” viene da Martin Filler [6] che
distingue finemente tra architettura FFB e kitsch. Con la stessa sensibilità, il Financial Times
(Gen.2006) distingue tra architettura residenziale creativa e architettura “free form” a
discapito della funzionalità.
D‟altra parte la sfida strutturale che la rivoluzione formale comporta aumenta notevolmente le
incertezze nella valutazione dell‟affidabilità, rendendo pertanto indispensabile per
l‟architettura, al più presto, un‟etica della responsabilità (sostenibilità): la “Archetica”.
6.1.1 Realizzazioni: Cosa-Perché-Come oppure Cosa-Come-Perché?
David I. Blockley disse: “Per fare devi sapere e per sapere devi fare”. Tradotto nel linguaggio
di questo testo, diremmo: per arrivare ai Come devi conoscere i Perché e per conoscere i
Come devi essere approdato a molti Come (esperienza). Abbiamo visto che i COME
potrebbero arrivare prima dei perché e, in effetti, questo è già accaduto. Pertanto, l‟aforisma
precedente resta spesso solo un pio desiderio o una situazione ideale difficile da applicare alla
realtà, pressochè impossibile per un uomo solo, ma possibile per le prossime generazioni di
attenti e diligenti architetti e ingegneri.
Errore. Non si possono creare
oggetti dalla modifica di codici di
campo.
a WHAT  HOW  WHY
b
WHAT  WHY  HOW
Figure 15.a_AS è un‟Arte (tecnica) assistita dalla Scienza; 15.b_AS è una Scienza assistita
dall‟Arte (tecnica).
Oltre ai due modi per raggiungere la “soluzione progettuale perfetta” W∩H∩W (punto 4),
raggiungere simultaneamente il sapere come e il sapere perché è un privilegio di saggi ed
esperti architetti & ingegneri (fig.13). Gli architetti dettano la tendenza basandosi soprattutto
sull‟attuale potente know how, cadono nella tentazione di drammatizzare e mistificare la
fisica della struttura per aumentare l‟effetto scultoreo del “cosa”, seguendo il modo “a”; al
contrario il modo “b” è tipico dell‟ingegneria, dato che considera la disciplina della
progettazione più come una scienza che un‟arte, tanto meno una forma di magia Fig.15.
6.1.2 Etica della sostenibilità nell’architettura strutturale
Consideriamo ora l‟etica classica della contemporaneità, l‟etica della sostenibilità (che Hans
Jonas chiama l‟etica della responsabilità) e l‟etica del consenso basata sulla statistica, che è in
effetti mancanza di Etica, la non etica.
L‟ingegneria classica è un possesso (P) e uno stato (S), Stato significa “stato dell‟arte S nel
tempo t0 = S(t0) fig.16-17,[7].
Possesso significa
tutto
ciò
che
l‟ingegneria
include (sapere e
fare) = E (t0) allo
stesso tempo t0
2°
“L‟Ingegneria
moderna è un‟impresa
e un processo”.
Figura 16. L‟oggetto è S = E. Per
essere aggiornati in ingegneria (quasi
costante nel tempo)
Progresso:
P = S ¬E fino a che S ¬E diventa
.
Figura17. L‟impresa è portare avanti il
processo:
E(t0)
E (t1)
E (t2)…L‟oggetto è il
progresso continuo (inevitabile secondo
Jonas):
Pi = Ei ¬Ei – 1
quando i = 1; 2; 3..
L‟AS interagisce con l‟etica attraverso i contenuti scientifici+tecnologici delle componenti:
ingegneria strutturale + architettura (fig.18).
Figura 18. Interazioni tra AS ed etica
Se consideriamo inoltre che l‟attuale ingegneria progressiva è un impresa che realizza un
processo e che questo processo significa che il “possesso” e lo “stato” crescono in funzione
del tempo, allora questo processo potrebbe cambiare l‟etica della sostenibilità rendendola
sempre più complessa nell‟eventualità che lo stato cresca più del possesso, cosa altrettanto
possibile. Tuttavia è facile prevedere che la crescita del possesso P (t) implica la possibilità di
cambiamenti che darebbero origine a nuove azioni che l‟Etica della Sostenibilità potrebbe
considerare eticamente inaccettabili (fig.19).
Figura 19.Realizzazione & accettabilità etica
Ciò non accadrebbe se i cambiamenti (la crescita del Know How) implicassero il progresso;
in altre parole, se i cambiamenti fossero sempre vantaggiosi come dovrebbero essere. Pertanto
gli obiettivi noti a cui si è sempre aspirato potrebbero essere meglio raggiunti attraverso
nuove tecniche che questi obiettivi comportano. Ma accade anche il contrario cioè che, quasi
tutti i giorni, nuove tecniche possano ispirare, produrre o persino imporre nuovi obiettivi a cui
nessuno aveva pensato, soltanto perché essi sono ora possibili.
6.2 Incertezze decisionali
Come spesso appare dai documenti contrattuali e tecnici, il processo decisionale è influenzato
da obiettivi contrastanti. Da un lato c‟è l‟intenzione di avere una soluzione affidabile,
evitando avventure sperimentali. Dall‟altro lato, nel cercare di imparare dagli errori del
passato si valuta la possibilità prevista dal contratto di ammettere concetti originali e/o “salti”
tecnologici senza sufficiente preparazione scientifica.
Alcuni proprietari accettano il rischio introducendo nel processo realizzativo un livello più
elevato di incertezze decisionali in vista della possibilità di ottenere un valore aggiunto da un
progetto molto innovativo, per esempio: “Ce toit reste toujours, en 1995, le plus grand toit au
monde dans la catégorie des toits en toile rétractables. Son installation a constitué
l‟aboutissement d‟un projet très ambitieux le long d‟une voie très étroite semée d‟embûches,
posées les unes par un saut technologique important et les autres par certaines caractéristiques
du concept original qui en rendaient la réalisation très difficile. Ce toit constitue donc un
prototype dont l‟observation représente une source d‟information sans égale pour
l‟amélioration future du concept, ou éventuellement, son abandon”.
Questo notevole punto di vista che ha consentito i progressi scientifici e tecnologici nel
campo delle strutture leggere è molto appropriato se correlato e attentamente calibrato come
estensione dello “stato dell‟arte” (cfr. incertezze fenomenologiche). D‟altra parte, lo stesso
documento richiede che: “La fiabilitè, la durabilitè et la securitè du nouveau toit representent
des objectifs prioritaires. De ce point de vue, on s‟efforcerà, dans toute la mesure du possible,
de minimiser le caractère experimental de la nouvelle toiture”.
Tuttavia, le incertezze decisionali nella valutazione dell‟affidabilità sono anche legate ai climi
politici ed economici. Pertanto, specialmente quando si tratta di realizzazioni inusuali, il
processo decisionale politico ed economico deve essere supportato da un‟adeguata analisi del
valore e dal controllo della qualità delle funzioni che la soluzione progettuale prevede.
Non ci sono dubbi circa la possibilità di prevenire tale situazione di incertezze decisionali
tramite le normali procedure di validazione progettuale, partendo dal presupposto che la
conoscenza, l‟esperienza e il feedback necessari sono proprietà del cliente, del progettista e
dei fornitori.
6.3 Fattori umani
Le incertezze risultanti dal coinvolgimento dell‟uomo nel processo progettuale e costruttivo
possono essere suddivise in due categorie: l‟errore umano e l‟intervento umano.
Per garantire un necessario livello di affidabilità nel settore delle strutture “inusuali”, il
processo progettuale deve essere convalidato dalle seguenti tre fasi principali: il progetto
concettuale [8], il modello analitico e il progetto esecutivo come mostra la Fig. 20 .
Il progetto concettuale è basato sulla conoscenza ed è fondamentalmente proprietà del singolo
esperto. Il suo coinvolgimento nelle prime fasi della progettazione equivale, dal punto di vista
dell‟affidabilità, ad una strategia di intervento umano di controllo e ispezione e, dal punto di
vista statistico, a un‟azione di “filtraggio” che può rimuovere una parte significativa di “errori
umani” (Tabella 5).
INPUT
PROBLEMI
IMPRENDITORE
ARCHITETTO
ING. MEC
INFORMAZIONI
PROGETTO CONCETTUALE
BASE CONOSCITIVA
ESPERTI
LIBRI DI TESTO
SPECIFICHE
BACKGROUND CULTURALE
OSSERVAZIONE E TEST
CORRELAZIONE ARCHITETTONICA
CONTROLLO DELLA QUALITA’
FEEDBACK INCREMENTALE
SELEZIONATE
MODELLI
A ZIONI
MATERIALI
TIPOLOGIE
INTUIZIONE DELL’AFFIDABILITA’ R >S?
SINTESI
E
DECISIONE
VALUTAZIONE
SULLA BASE
DELLE ESIGENZE
PROGETTUALI
PROGETTO PRELIMINARE
VERIFICA
E CONTROLLO
ANALISI DEL MODELLO
INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI
VALUTAZIONE DEGLI STATI LIMITE
ANALISI DELL’AFFIDABILITA’
PROGETTO DEFINITIVO
SLU/SLS
pf
pf
INGEGNERIA E
PROGETTO
INAFFIDABILE
p
ACCETTAZIONE
DEL VALORE
PROGETTO AFFIDABILE
PROGET. DEL DETTAGLIO
COSTRUZIONE
MONITORAGGIO
FEEDBACK
PROGETTO
INAFFIDABILE
PROGETTO FINALE
MODELLO STRUTTURALE
MODELLO MATEMATICO
ANALISI STRUTTURALE
DI ESPERTI
Figura 20. Progetto concettuale e analisi dei sistemi strutturali.
Tipo di errore
Processo
fallimento
Meccanismo
errore
Variabile umana
V
Errore umano
E
Errore umano grossolano
G
In un tipo di comportamento sulla
di In un tipo di comportamento sulla base base del quale la struttura non è
del quale è stata progettata la struttura stata progettata
Ignoranza
dell‟ingegnere
o
mancata
osservazione
di
Uno o più errori durante la
comportamento
fondamentale.
di progettazione, la documentazione, la
Non conoscenza da parte del
costruzione e/o l‟utilizzo della
professionista
di
un
struttura
comportamento fondamentale.
Possibilità
di
rappresentazione
Alta
Media
Da bassa a trascurabile
analitica
Tabella 5. Classificazione degli errori umani: Adattato da Baker e Wyatt (1979).
Un corto circuito molto potente di “errori umani grossolani” può verificarsi, anche in maniera
informale, grazie a fattori di intervento umano che potrebbero derivare dall‟osservazione che
“qualcosa non va”, un‟azione che è strettamente collegata alle competenze e le capacità dei
membri del team di progettazione.
Il contributo della conoscenza potrebbe eliminare gli errori grossolani sin dall‟inizio e ridurre
drasticamente gli errori umani statistici. Si raccomanda pertanto di attivare procedure di
controllo e validazione già nelle prime fasi olistiche del progetto: la fase concettuale del
progetto, quando il processo è dominato dall‟intuito e dall‟esperienza (tempo di
intuizione).fig.21-22
TECHNOLOGY
ART
ETHICS
INFORMATICS
NATURE
KNOWLEDGE
INTUITION
CODES
ESTHETICS
EXPERIENCE
SYNTHESIS
DESIGN
IDEA
OBSERV.
SCIENCE
RESEARCH
Fig.21 Approccio olistico della progettazione
Fig. 22. La riduzione delle
incertezze attraverso la
conoscenza
In base alla metodologia progettuale (piano di lavoro), il progetto concettuale può essere
definito come un approccio basato sulla conoscenza, l‟esperienza e l‟intuizione sintetica, che
consente di individuare, nel corso del processo decisionale, la tipologia strutturale,
l‟elaborazione di un modello numerico preliminare e la conseguente analisi strutturale e
verifica dell‟affidabilità.
I suddetti concetti fanno ora parte di alcuni codici edilizi nazionali che normalmente
riguardano soltanto i sistemi strutturali convenzionali. Per quel che riguarda i progetti
innovativi, come nel caso della maggior parte degli odierni edifici a forma libera, sono
disponibili pochissimi commenti come per esempio nel Codice Edilizio Nazionale del Canada
(1990), punto A-4.2.4.1: "E‟ importante che i progetti innovativi siano realizzati da persone
con qualifiche specifiche nel particolare metodo applicato...".
A questo proposito è necessario precisare che dal punto di vista statistico gli errori umani di
progettazione e costruzione tendono a crescere considerevolmente se l‟innovazione è
discontinua ed improvvisa e non raccordata step by step scientificamente nel tempo.La libera
morfologia strutturale, derivante dall‟attuale tendenza realizzativa di FFB, arriva come uno
Tsunami nella scienza e tecnica delle costruzioni, tradizionalmente applicata a tipologie e
geometrie convenzionali (telai, archi, gusci,ecc.); ciò richiederà un radicale cambiamento
della forma mentis e metodologia dell‟ingegnere strutturista civile, specialmente in relazione
al controllo interpretativo dei risultati relativi allo stato deformativo e tensionale delle
strutture soggette alle azioni della gravità, del vento e del sisma, ottenuti mediante sofisticate
analisi secondo il metodo agli elementi finiti.
In questa situazione, l‟influenza degli errori umani sopra descritti può aumentare
considerevolmente.
L‟Eurocode no. 1 intende garantire il livello di sicurezza e prestazione attraverso una strategia
di Garanzia della Qualità (QA) (punto 2) e alcune procedure di Controllo della Qualità del
processo progettuale (punto 8) al fine di ridurre al minimo l‟errore umano.
6.4 Incertezze della previsione
Una stima dell‟affidabilità strutturale dipende dallo stato delle conoscenze di cui dispongono i
progettisti. Man mano che nuove conoscenze relative alla struttura diventano disponibili, la
stima diventa sempre più raffinata consentendo solitamente, ma non necessariamente, una
simultanea riduzione dell‟incertezza. Ciò vale soprattutto durante la fase concettuale del
progetto, quando le informazioni sull‟attuale robustezza dei materiali, sulle nuove tipologie
ecc., diventano disponibili, sostituendosi alle stime basate su prestazioni del passato e su
esperienze con strutture analoghe. Gli FFB sono insoliti e la letteratura tecnica non dispone
ancora del feedback necessario.
Secondo l‟esperienza diretta dell‟autore, la riduzione delle incertezze nella progettazione di
strutture speciali può essere ottenuta se si prende in considerazione[8] :
la necessità di evitare e ostacolare il crollo progressivo del sistema strutturale causato da
rottura locale di un elemento strutturale secondario e/o dal malfunzionamento accidentale di
un collegamento costruttivo;
la compatibilità dei vincoli interni ed esterni e della progettazione del dettaglio con l‟ipotesi di
modellazione e con la reale risposta del sistema strutturale ;
la sensibilità parametrica del sistema strutturale a seconda del tipo e del grado di
indeterminatezza statica e la collaborazione ibrida tra il comportamento delle sottostrutture in
regime di “hardening” o “softening” strutturale.
Inoltre, sarebbe necessario avere un feedback sistematico e adeguato sulla risposta del
progetto monitorando l‟ulteriore prestazione delle strutture in servizio al fine di valutare
l‟adeguatezza a lungo termine del progetto.
Nel caso delle strutture mobili, le conoscenze riguardano soprattutto le gru mobili e il relativo
processo di progettazione concettuale deve tener conto delle osservazioni esistenti, test e
specifiche riguardanti il comportamento di sistemi strutturali simili. Per colmare il vuoto, il
gruppo di lavoro n.16 dell‟IASS ha preparato una relazione di sintesi sulle strutture con tetto
retrattile [9] che include raccomandazioni per la progettazione strutturale basate su
osservazioni di malfunzionamenti e cedimenti.
6.5 Incertezze fisiche
Le incertezze fisiche hanno a che fare con l‟analisi dei carichi e i materiali.
Per quel che riguarda le superfici ad ampia copertura e gli edifici alti con morfologia insolita,
le incertezze sul carico possono essere ridotte se si considera [10-14].:
la distribuzione della neve e dei suoi accumuli in funzione della direzione e
dell‟intensità del vento statisticamente correlate;
la distribuzione della pressione del vento tenendo conto delle densità spettrali della
potenza correlate teoricamente e sperimentalmente o le funzioni temporali;
l‟effetto dipendente dal tempo di azioni coattive indirette come la precompressione, lo
scorrimento a breve e lungo periodo e gli effetti della temperatura.
L‟utilizzo dei test (cfr. Eurocode 3-punto 8), come le prove sperimentali su modelli in scala di
gallerie del vento a strato limite e il monitoraggio in strutture esistenti, svolge un ruolo
importante nella progettazione strutturale di sistemi strutturali insoliti.
Per quel che riguarda le incertezze sul materiale, particolare attenzione deve essere rivolta ai
fattori di affidabilità e sicurezza delle nuove ceramiche, dei cosidetti “smart” materials e
compositi high-tech a matrice metallica (MMC) o epossidici e polimerici (FRP).
Le incertezze sul materiale, associate a rapporti molto alti tra carico accidentale/pesi
permanenti, che sono una evidente caratteristica delle costruzioni leggere, aumentano
notevolmente le incertezze statistiche. Per esempio la fragilità dei materiali utilizzati nel
campo delle membrane presollecitate e/o pneumatiche in relazione alla propagazione iniziale
della lacerazione è incompatibile con la possibilità di formazione di ghiaccio che potrebbe
scivolare sulla membrana e tagliarla e fenomeni di “ponding”.
L‟esperienza nella progettazione strutturale del dettaglio, normalmente considerata una
questione secondaria dalla progettazione convenzionale, svolge un ruolo importante nelle
strutture speciali: quello di ridurre le incertezze fisiche e di modellazione e prevenire
cedimenti a catena del sistema strutturale.
6.6 Incertezze della modellazione
Le incertezze legate al processo progettuale possono anche riguardare la modellazione
strutturale numerica che rappresenta il rapporto tra la risposta reale del modello e quella
prevista.
Le incertezze della modellazione riguardano la modellazione strutturale e numerica.
I vantaggi offerti dall‟informatica e l‟automazione sono stati molto significativi per il settore
della progettazione strutturale in generale e particolarmente importanti nel caso dei sistemi
strutturali speciali. Diventò possibile esaminare modelli teorici più rigorosi evitando, da un
lato, eccessive semplificazioni che privano il modello teorico di ogni significato, come la
riduzione schematica della realtà, e dall‟altro lato, che calcoli apparentemente esaustivi
facilittassero la perdita di fatti veramente influenti e impedissero al progettista di cercare e
provare soluzioni strutturali diverse.
In tale contesto, sono stati accertati molti cedimenti strutturali documentati in cui gli errori
nella valutazione del comportamento strutturale erano dovuti a un‟inaffidabile interazione
uomo/macchina e all‟illusione che i computer come potente strumento di analisi potessero
sostituirsi al progetto concettuale e alla critica esperta e sintetica dei risultati. A questo
proposito, l‟IABSE ha istituito un comitato speciale per il controllo dell‟automazione nella
progettazione strutturale [15]. Errori di modellazione FEM documentati sono illustrati dalla
prima Conferenza Internazionale sulla Tecnologia computazionale delle Strutture [16].
Per poter ridurre le incertezze della modellazione, il software interattivo per l‟analisi e la
progettazione di sistemi strutturali speciali [17] deve includere, più che programmi di
carattere generale, un software specifico che sia in grado di offrire assistenza su molti aspetti
di analisi teorica come:
analisi “form-finding” dello stato '0' per trovare la forma di strutture strallate,
pneumatiche e a membrana;
analisi non lineare per materiali elastici, anelastici e plastici, incluso lo scorrimento a
breve e lungo periodo;
analisi geometrica non lineare per l‟analisi statica e dinamica in presenza di grandi
spostamenti;
analisi incrementale non lineare per determinare l‟instabilità strutturale locale e globale;
analisi stocastica dinamica nel dominio della frequenza per la presenza di buffeting sotto
l‟azione casuale del vento tenendo conto dei contributi statici, quasi statici e risonanti,
assistita dall‟individuazione sperimentale, su modelli rigidi in scala, delle densità spettrali
intercorrelate della potenza (PSD) delle pressioni interne ed esterne su grandi
“enclosure”;
analisi stocastica dinamica nel dominio temporale per il controllo della stabilità
aerodinamica di sistemi strutturali di grande luce e flessibili soggetti all‟azione del vento,
assistita dall‟individuazione sperimentale su modelli aeroelastici in scala delle funzioni
temporali intercorrelate, tenendo conto delle interazioni dei fluidi[18].;
applicazione di tecniche di ottimizzazione alla progettazione strutturale [19];
sensibilità stocastica parametrica e analisi dell‟affidabilità[20].
7. MAGGIORE
AFFIDABILITÀ
L’ARCHETICA
DELLA
PROGETTAZIONE
FFB:
Le violazioni dei limiti di servizio e di prestazione sono strettamente collegate con
l‟affidabilità strutturale. É importante considerare che gli errori concettuali sono molto
difficili da eliminare nella seguente fase dell‟analisi strutturale e solo strategie di intervento
umano come l‟istruzione, l‟ambiente di lavoro, la riduzione della complessità, l‟auto-controllo
e il controllo esterno possono eliminare gli errori umani grossolani (Tabella 6).
Misure facilitative
Misure di controllo
Istruzione
Auto-controllo
Ambiente di lavoro
Controllo
esterno
Riduzione della complessità ispezione
Selezione del personale
Sanzioni penali (o altro)
Tabella 6 – Strategie di intervento umano
e
Fig.23 – Funzione della prestazione umana [Melchers, 1980]
In numerosi casi di architettura reale molti disaccordi e un numero notevole di contenziosi
derivano da aspettative non realistiche, specialmente in relazione al grado di perfezione
ottenibile con un dato budget.
Un esempio molto rappresentativo del ruolo dell‟etica applicata alla valutazione delle risorse,
spese per una funzione progettuale principale, è quello dei ponti e passerelle pedonali.
Un‟interessante ricerca eseguita presso l‟Università di Princeton relativamente al rapporto
Etica/Estetica delle costruzioni, presentata da Woodruff and Billington durante il Simposio
Internazionale Footbridges 2005 tenuto a Venezia, illustra comparativamente il costo di
alcune passerelle pedonali (Tab. 7).
Tab. 7 Costi di passerelle pedonali costruite recentemente – Adattato da S.Woodruff and
D.Billington [21].
Dalla tabella 7, è possibile osservare la notevole differenza dei costi tra passerelle
“convenzionali” e passerelle “innovative”, the question is: How much is too much ?
E‟ evidente che la risposta non può essere il “minimo costo” ma, invece, deve essere la ricerca
del “massimo valore” ottenibili nell‟ambito delle risorse disponibili.
Il valore, eticamente sostenibile, può essere determinato mediante la metodologia dell‟analisi
del valore (VA=value analysis) in fase di progettazione.
Il VA è dotato di una tecnica operativa che permette di verificare, in termini misurati, il
soddisfacimento delle esigenze espresse ed implicite del committente/utilizzatore o utente,
dell'entità presa in esame in rapporto alle risorse disponibili.
Caratteristiche del metodo AV sono: l'universalità dell'oggetto da valutare, definita entità =
idea, progetto, prodotto, servizio, organizzazione o una loro qualsiasi combinazione;
l'approccio è basato su attività organizzata di gruppo, interdisciplinare, coordinata da un
esperto AV, svolta per conto del committente da esperti di varie discipline e da non esperti
(utilizzatore/utente). L'analisi funzionale e la creatività (brain storming), tipiche della tecnica
operativa AV, strutturata su cinque fasi., sono indirizzate a simulare un approccio
comportamentale teso al raggiungimento di pre-determinati obiettivi.
Introducendo l‟analisi del valore si superano i limiti del "design to cost", mera ricerca di
riduzione dei costi con il rischio di portare a soluzioni incapaci di garantire il servizio
richiesto, e quindi senza corrispondere alle esigenze di tutti gli attori in gioco (stakeholders).
Dal punto di vista del committente pubblico o privato il valore di una soluzione progettuale è
determinato, per l'essenziale, quando sono fissate le funzioni ed il suo livello di qualità; ciò
che conta è che le funzioni siano soddisfacenti (corrispondenti ai requisiti) e che il costo di
produzione sia minimo. E‟ così possibile definire l‟indice di Valore (IV),
IV
Function _ worth
Global _ cos t
parametro numerico onnicomprensivo che consente di valutare e di confrontare sinteticamente
soluzioni progettuali alternative, prodotte nella fase della creatività.
IV è definito come rapporto tra l'utilità delle funzioni (function worth) esplicate da una
soluzione progettuale per rendere un determinato servizio in un ipotizzato periodo di tempo
(vita utile ipotizzata), in un determinato luogo ed in determinate circostanze, stimata dal
gruppo AV in termini di "disponibilità a pagare" un determinato importo in moneta per ogni
funzione considerata nel momento, nel luogo e nelle circostanze in cui ci si trova ad operare,
ed il costo globale da sostenere per poterle esplicare, relativo alle funzioni stesse (function
cost o function global cost).
Ciò mostra chiaramente che per l'AV il prodotto con il "valore" più elevato è quello che
soddisfa le funzioni necessarie ad un costo minimo.
L'espressione mette altresì in evidenza le linee d'azione dell'AV: in primo luogo un'azione
incentrata sulle funzioni, le quali saranno oggetto di studio e di esame critico, quindi
un'azione imperniata sui costi e, infine, l'ottimizzazione dei due fattori.
Il concetto di funzione, che costituisce la ragione per cui il progetto è stato realizzato,
definisce ciò che è necessario e sufficiente.
Le funzioni hanno talvolta un carattere relativo e possono, per uno stesso progettorealizzazione, risultare sensibilmente differenti da un committente all'altro (l'automobile, per
esempio, può essere percepita da una persona essenzialmente come un mezzo di trasporto, da
un'altra come "simbolo di status»).
Distingueremo due ordini di funzioni:
da una parte, le funzioni di servizio del progetto (ossia quelle che soddisfano direttamente
il bisogno dell'utente); nell'ambito delle funzioni di servizio distingueremo ancora:
le funzioni d'uso (per un ponte:permettere di andare da A a B),
le funzioni di stima (associata ad un plus valore di qualità: il fatto che il ponte sia un
simbolo di un luogo o abbia un valore artistico aggiunto);
dall'altra, le funzioni tecniche degli elementi del progetto: insiemi, sottoinsiemi, parti
elementari (illuminazione, limitazione di produzione, trasporto e montaggio; tipologia
spartitraffico;ecc.).
L‟indice di valore è di notevole aiuto per l‟attività di “Decision making” specialmente da
parte del committente politico-pubblico permettendo di valutare comparativamente i progetti
e le realizzazioni in accordo con l‟etica della responsabilità ( sostenibilità); una matrice di
responsabilità permette di associare le componenti di valutazione identificando l‟indirizzo
decisionale.
La valutazione equilibrata delle tre componenti funzionali fu (funzione d‟uso; fs (funzione di
stima) e ft (specifiche tecniche) identifica la qualità dell‟opera.
Particolare attenzione alla componente fs deve essere prestata nel caso della Free-FormArchitecture, valutazione spesso considerata implicita dal cliente affidandosi, per “chiara
fama”, alle Archistar del momento.
Il Value Analysis può evitare, per esempio, assegnando valori negativi alla funzione di stima
fs, alcuni progetti dannosi per l‟ambiente (valore di stima del genius loci) come è possibile
osservare nella fig.24 “..un ponte a travate che per nulla rispetta l‟ambiente circostante,
proprio vicino ad un ponte di pietra che rispetta le proporzioni e che risale al tempo dei
Romani” [22].
Fig.24 Con o senza la funzione “genius loci” ?
Altri fattori di intervento umano, volti a ridurre l‟errore umano dalla progettazione alla
costruzione, sono i metodi formalizzati della Garanzia della Qualità (QA). La QA tiene conto
della necessità di soddisfare le esigenze di sicurezza strutturale, idoneità all‟uso e durevolezza
attraverso l‟elaborazione di un “piano di sicurezza”.
Le procedure di QA includono.
a) corretta definizione delle funzioni;
b) definizione dei compiti, delle responsabilità e dei doveri;
c) adeguato flusso di informazioni;
d) piani di controllo e schede di controllo;
e) documentazione dei rischi accettati e piano di supervisione;
f) ispezione e piano di manutenzione;
g) istruzioni per l‟uso.
Un pericolo reale è che l‟eccessiva formalizzazione della QA, nata per articoli tangibili e non
adatta a procedure di controllo concettuali intangibili, possa portare ad un‟inaccettabile e
autolesionistica degenerazione del processo progettuale in una specie di ingegneria e gestione
burocratica Kafkiana. Menzione di questi fenomeni viene fatta da Carper (1996) in
“Construction Pathology in the United States” [23]: “molti problemi e incidenti che si
ripetono avvengono non a causa di una mancanza di informazioni tecniche, bensì a causa di
errori procedurali e di difficoltà a comunicare e utilizzare le informazioni disponibili”. Un
importante contributo a proposito è stato fornito dal Simposio Internazionale sulla
“Progettazione Concettuale delle Strutture” organizzato da IASS [24].
8. CONCLUSIONI
Il Free-Form-Design rappresenta una sfida per gli architetti e gli ingegneri ma, dopo le prime
impressionanti realizzazioni, le ripercussioni etiche ed estetiche dell‟imponente “moda” degli
FFB sul contesto sociale devono essere considerate con attenzione, evitando di incoraggiare la
tendenza a vedere l‟innovazione, di qualsiasi tipo essa possa essere, come una cosa positiva
per il solo fatto di essere innovativa, indipendentemente dai suoi effettivi meriti o il suo
contributo al sapere.
Dal punto di vista strutturale, al fine garantire il livello di affidabilità richiesto, la
progettazione e la costruzione di morfologie strutturali libere di tipo FFB necessitano di
un‟esperienza specifica. Si raccomanda inoltre l‟Analisi del Valore, anche nello stadio
preliminare della progettazione, al fine di trovare la soluzione più idonea e compatibile sulla
base del function worth atteso.
9. BIBLIOGRAFIA
[1] P. Pozzati: The problem of ethics and responsibility in relation to technological
innovations, (discorso inaugurale all‟apertura del 900simo Anno Accademico dell‟Università
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