Note Encyclopediche di Tecnologia dell'Architettura e Sistemi Costruttivi

Ruolo della Tecnologia nella Progettazione Architettonica

• Etimologia e Definizione: La parola tecnologia deriva dal greco ed è composta da due termini fondamentali:

  • Téchne: Saper fare.
  • Logos: Ragionare.
  • Definizione sintetica: Studiare e migliorare le modalità attraverso cui si realizzano le cose. In architettura, si traduce nella capacità di costruire correttamente un edificio selezionando materiali e metodi ottimali.

• La Disciplina: La Tecnologia dell'Architettura studia il processo di costruzione di un'opera, i materiali, le tecniche e la qualità edilizia. Accompagna il progetto dall'ideazione alla realtà.

• Fasi del Processo:

  • Progetto (Poiesis): Fase ideativa e di progettazione.
  • Costruzione (Praxis): Fase di realizzazione concreta dell'idea.

• Tipologie Tecnologiche Odierne:

  1. Tecnologie di Gestione: Strumenti per organizzare il lavoro. Includono aspetti amministrativi (burocraticia), decisionali (scelte progettuali) ed esecutivi (controllo cantiere/direzione lavori).
  2. Tecnologie di Controllo e Monitoraggio: Sistemi per verificare il corretto funzionamento dell'edificio nel tempo.

La Cultura Tecnologica e l'Approccio Multidisciplinare

• Origini: La materia nasce alla fine degli anni '60 per unire teoria e pratica.

• Complessità Attuale: Oggi non riguarda solo la creatività, ma integra materiali, sistemi costruttivi, impianti, risparmio energetico e il dialogo tra edificio e ambiente urbano. La progettazione è definita come un lavoro multidisciplinare.

• Contributo di Giuseppe Ciribini: Ha introdotto in Italia il concetto di cultura tecnologica della progettazione. Sostiene che progettare significhi prevedere gli effetti della tecnologia sulle persone e sull'ambiente.

• Tipologie di Tecnologia secondo Ciribini:

  • Hard (Materia): Elementi materiali e fisici.
  • Soft (Pensiero): Idee, organizzazione e processi logici.

• Le 4 Componenti della Tecnologia secondo Milan Zeleny:

  1. Hardware: La componente fisica.
  2. Software: Regole e programmi per l'uso dell'hardware.
  3. Brainware: La componente decisionale (la più importante).
  4. Support Net: Rete di sostegno necessaria al funzionamento.
  • Nota: Una tecnologia è efficace solo quando queste quattro parti collaborano sinergicamente.

Habitat Antropico e Relazioni Contestuali

• Habitat Antropico: Ambiente costruito specificamente per l'essere umano. Si trasforma nel tempo in base a bisogni, cultura e abitudini. Deve essere uno spazio adattabile ai cambiamenti sociali.

• Legami Contestuali: L'architettura è intrinsecamente legata al luogo. Storicamente si usavano materiali locali; oggi la tecnologia dei trasporti permette l'uso di materiali globali in tempi rapidi.

• Esempi di Tecnologie del Passato e Adattamento Climatico:

  • Zone Fredde (Eschimesi - Igloo): Uso di blocchi di neve. Interno isolato con pelli animali. Presenza di una "bussola" (spazio filtro) tra ingresso e stanza principale per mantenere il calore.
  • Zone Calde e Secche: Capanne in terra, paglia e legno. Aperture zenitali (in alto) per l'uscita dell'aria calda. Strutture spesso smontabili per il nomadismo.
  • Zone Umide: Strutture aperte per favorire la ventilazione naturale incrociata e raffrescare gli interni.

Progettazione: Forma, Funzione e Tecnica

• La Triade Progettuale: Ogni edificio deve equilibrare Forma (estetica), Funzione (scopo) e Tecnica (metodo costruttivo).

• Visioni d'Autore:

  • Frank Gehry: Spesso associato al formalismo, dove l'estetica prevale.
  • Pier Luigi Nervi: Ingegnere che ha dimostrato l'unione perfetta tra utilità, resistenza e bellezza strutturale.
  • Louis Kahn: La bellezza scaturisce intrinsecamente dai materiali e dalla tecnica costruttiva (Connubio tra forma e tecnica).

L'Edificio come Sistema e il Quadro Normativo

• Visione Sistemica: L'edificio è un insieme di parti coordinate; il malfunzionamento di una compromette il tutto.

• Norme Tecniche:

  • Norma Tecnica: Non obbligatoria per legge.
  • Regola Tecnica: Obbligatoria per legge.
  • Enti di Unificazione: ISO (Internazionale), CEN (Europeo), UNI (Italiano).

• Sistema Edilizio (UNI 10838): Si divide in due sottosistemi:

  1. Sistema Ambientale: Spazi ed attività. Composto da Unità Ambientali (funzioni) ed Elementi Spaziali (stanze/volumi).
  2. Sistema Tecnologico: Parti fisiche. Suddiviso in:
     • CUT (Classi di Unità Tecnologiche): Strutture portanti, Chiusure, Partizioni interne/esterne, Impianti, Attrezzature.
     • UT: Unità Tecnologiche (funzioni specifiche).
     • CET / ET: Categorie di elementi tecnici ed elementi reali.

Approccio Esigenziale-Prestazionale

• Iter Progettuale:

  • Esigenza: Bisogno (oggettivo se da legge, soggettivo se del cliente).
  • Requisito: Traduzione tecnica dell'esigenza.
  • Prestazione: Risultato concreto misurabile dell'edificio.

• Le 7 Esigenze Principali:

  1. Sicurezza: Stabilità e duttilità (deformazione senza rottura improvvisa).
  2. Benessere: Comfort termometrico, acustico, etc.
  3. Fruibilità: Idoneità all'uso.
  4. Aspetto: Estetica e leggibilità funzionale.
  5. Gestione: Contenimento dei costi nel tempo.
  6. Integrabilità: Compatibilità tra le parti.
  7. Salvaguardia dell'Ambiente: Protezione ecologica.

• Esempi di Requisiti Tecnologici (UNI 8290):

  • Assenza di emissioni nocive.
  • Isolamento acustico.
  • Isolamento termico (limita la dispersione in inverno e l'ingresso di calore in estate).

Sostenibilità Ambientale e Strategie Europee

• Earth Overshoot Day: Giorno in cui si esauriscono le risorse prodotte dalla Terra in un anno. Nel 1971 era a dicembre, nel 2024 cade tra luglio e agosto.

• Sostenibilità: Capacità di sviluppo senza esaurire le risorse. Coinvolge tre capitali: Umano/Sociale, Naturale/Ambientale, Economico.

• Obiettivi UE:

  • Pacchetto 20-20-20 (per il 2020): Riduzione 20% gas serra, -20% uso energie non rinnovabili, +20% energie rinnovabili (raggiunti).
  • Obiettivi 2030: Riduzione 40% (poi salita al 55%) emissioni, 32% (poi 43%) rinnovabili, +32,5% efficienza energetica.
  • Obiettivi 2050: Neutralità climatica (emissioni zero), >80% elettricità da fonti rinnovabili.

• Green Deal Europeo e Direttiva "Case Green":

  • Entro il 2033: Edifici esistenti almeno in Classe Energetica D.
  • Entro il 2050: Tutti gli edifici a emissioni zero.
  • Rilancio dell'Italia: PNRR Missione 2 (Rivoluzione Verde) con circa $60$ miliardi di euro di investimenti.

Efficienza Energetica e Fisica dell'Involucro

• Analisi Energetica: La fase di utilizzo è quella che consuma più energia. Cause di spreco: cattivo orientamento, materiali inefficienti, ponti termici, alta trasmittanza.

• Parametri Progettuali:

  • Rapporto $S/V$: Rapporto tra superficie esterna e volume. Edifici compatti perdono meno calore.
  • Orientamento: Lati Sud (S, SE, SO) ricevono massimo soleggiamento; Lati Nord (N, NE, NO) sono freddi e ventosi.
  • Involucro Opaco: Deve avere alta inerzia termica (capacità di accumulo) e alto sfasamento (tempo di passaggio del calore).

• Grandezze Fisiche:

  • Trasmittanza Termica ($U$): Quantità di calore che attraversa una parete. Minore è il valore, migliore è l'isolamento.
  • Fattore di Attenuazione: Riduzione degli sbalzi termici esterni verso l'interno.

• Soluzioni Tecniche d'Isolamento:

  • Laterizio porizzato / Calcestruzzo cellulare.
  • Cappotto Termico: Pannelli esterni o interni.
  • Facciata Ventilata: Creazione di un'intercapedine d'aria che sfrutta l'effetto camino per il raffrescamento estivo.
  • Eliminazione Ponti Termici: Correzione dei punti deboli (spigoli, giunzioni) per evitare condense e muffe.

• Involucro Trasparente e Schermature:

  • Vetri isolanti a controllo solare.
  • Schermature esterne (frangisole): Più efficaci di quelle interne perché bloccano il calore prima del vetro.

• Ventilazione Naturale:

  • Incrociata: Flusso tra finestre opposte.
  • A effetto camino: Aria calda che sale e fuoriesce dall'alto richiamando aria fresca dal basso.

• Impiantistica Eco-efficiente:

  • Pompa di calore, pannelli solari termici e fotovoltaici, fitodepurazione (pulizia naturale acque reflue).

Meccanica delle Strutture

• Carichi: Forze che agiscono sulla struttura.

  • Statici / Dinamici.
  • Permanenti: Propri (strutturali) e Portanti (fissi non strutturali).
  • Accidentali: Di esercizio (uso), neve, urto, risonanza.

• Vincoli e Gradi di Libertà (GDL):

  • Carrello: Blocca 1 GDL (spostamento verticale).
  • Cerniera: Blocca 2 GDL (spostamenti X e Y).
  • Incastro: Blocca tutti i 3 GDL.

• Stabilità del Sistema:

  1. Labile (Ipostatico): Troppi pochi vincoli (instabile).
  2. Isostatico: Vincoli minimi necessari.
  3. Iperstatico: Vincoli in eccesso (molto rigido).

• Sollecitazioni:

  • Forza Assiale: Trazione (allontanamento particelle) e Compressione (avvicinamento). Lo sforzo normale è la reazione interna. L'asse neutro è dove la sollecitazione è nulla.
  • Taglio: Tendenza allo scorrimento trasversale.
  • Flessione: Piegamento (parte superiore compressa, inferiore tesa).
  • Torsione: Rotazione attorno all'asse (momento torcente).

• Proprietà dei Materiali:

  • Duttilità: Deformazione prima della rottura.
  • Fragilità: Rottura improvvisa senza deformazione.
  • Isotropia: Stessa resistenza in ogni direzione.
  • Legge di Hooke: $\\sigma = E \\times \\epsilon$, dove $E$ è il Modulo di Young (rigidità).

• Sistemi Strutturali Speciali:

  • Cavo / Tirante: Lavora a trazione.
  • Catenaria: Curva naturale di una corda con carico distribuito.
  • Strutture Reticolari: Composte da triangoli (indeformabilità).
  • Trave Vierendeel: Maglie rettangolari con incastri rigidi; trasmette la flessione.

Fondazioni e Attacco a Terra

• Scopo: Trasmettere il peso al terreno evitando cedimenti differenziati.

• Fasi di Scavo:

  1. Sbancamento generale: Largo e poco profondo.
  2. Sezione obbligata: Su misura per le fondazioni.
  3. Sezione ristretta (trincea): Per tubazioni e impianti.

• Magrone: Strato di calcestruzzo povero (circa $15\\,cm$) per creare una base pulita.

• Tipologie di Fondazioni:

  • Dirette (superficiali): Plinti (discontinue), travi rovesce o cordoli (continue lineari), platee (continue piane).
  • Indirette (profounde): Pali di fondazione.
    • Pali di punta: Appoggiano su strato solido profondo.
    • Pali di attrito: Sfruttano la frizione laterale col terreno.

• Sistemi Controterra:

  • Vespaio Aerato: Camera d'aria ventilata che blocca l'umidità e smaltisce il Gas Radon. Sfrutta l'effetto camino tramite bocchette esterne.

Chiusure Verticali e Involucro

• Sistemi Costruttivi:

  • A umido: Uso di malta e acqua (pareti monostrato, doppia fodera).
  • A secco: Fissaggio meccanico (viti/staffe), tipico delle facciate ventilate.

• Materiali per Muratura:

  • Laterizi: Classificati per dimensione (mattoni $< 5500\\,cm^3$, blocchi $> 5500\\,cm^3$) e foratura (pieni $<15\\%$, semipieni $15-45\\%$, forati $>45\\%$). Per strutture portanti, foratura max $55\\%$.
  • Malta: Impasto di legante (calce, cemento), sabbia (fine, media, grossa) e acqua.
  • Intonaco: Tre strati: 1. Rinzaffo (aderenza), 2. Arriccio (protezione), 3. Intonachino (estetica).

• Fisica della Parete:

  • Resistenza Termica ($R$): $R = S / \\lambda$, dove $S$ è lo spessore e $\\lambda$ la conducibilità.
  • Condensa: Superficiale o Interstiziale (interna al muro). Si previene con la barriera al vapore sul lato caldo.
  • Punto di rugiada: Temperatura di trasformazione del vapore in liquido.

Coperture (Tetti)

• Tetto Caldo: L'impermeabilizzante è sopra l'isolante. Necessita di barriera al vapore sotto l'isolante.
• Tetto Rovescio: L'impermeabilizzante è sotto l'isolante (funge anche da barriera al vapore).
• Tetto Verde: Copertura vegetale con vantaggi ambientali (CO2, isolamento), tecnologici (protezione termica) e sociali (acustica, orti urbani).
• Materiali Impermeabilizzanti: Membrane bituminose, sintetiche o liquidi resinosi.

Calcestruzzo Armato e Acciaio

• Calcestruzzo Armato: Combinazione di cemento (legante idraulico da klinker cotto a $1500^{\\circ}C$), inerti (sabbia/ghiaia) e acciaio (per resistere alla trazione).

  • Controlli: Prova di compressione su provini e prova sclerometrica (rimbalzo).
  • Degrado: Carbonatazione (ingresso CO2 che annulla la protezione alcalina dei ferri, causando ruggine e distacco del copriferro).
  • Tipologie: Precompresso (cavi tesi che comprimono il calcestruzzo), prefabbricato, sistema a tunnel.
  • Patologie: Crepe da ritiro, flessione (inferiori), taglio ($45^{\\circ}$ sui lati), schiacciamento pilastri (verticali).

• Acciaio: Lega di ferro e carbonio ($<1,7\\%$ carbonio).

  • Relazione Carbonio: Più carbonio = più duro e resistente, ma più fragile. Meno carbonio = più duttile.
  • Produzione: Altoforno (per la ghisa) e convertitori (LD, elettrico) per l'acciaio.
  • Lavorazioni: Laminazione, trafilatura, estrusione, stampaggio, piegatura, fucinatura.
  • Punti Critici: Corrosione (si risolve con zincatura o inox), bassa resistenza al fuoco (richiede vernici intumescenti), instabilità per carico di punta (buckling) in pilastri snelli.

Question & Discussion

• Domanda: Qual è la differenza tra pilastri a filo facciata e pilotis?
• Risposta: I pilastri a filo facciata sono allineati con il muro esterno; i pilotis sollevano l'edificio lasciando il piano terra aperto.
• Domanda: Come si comportano le fondazioni discontinue?
• Risposta: Ricevono il carico in punti precisi, come nel caso del plinto posto sotto un pilastro.
• Domanda: Cosa indica il Modulo di Young?
• Risposta: Indica la rigidità di un materiale; un valore alto significa che il materiale è difficile da deformare.
• Domanda: Qual è l'effetto della ruggine nelle barre d'acciaio del calcestruzzo?
• Risposta: La ruggine occupa più spazio dell'acciaio originario, creando una pressione interna che spacca e fa staccare il calcestruzzo superficiale (copriferro).