Focus: VETRO
Pubblicato il 1 dicembre 2016

(formazione) Tecno Glasnost

L’utilizzo del vetro in architettura ha subito negli ultimi anni un incremento notevole, grazie alla sua trasparenza e all’aspirazione di molti progettisti contemporanei di ridefinire l’idea di una demarcazione netta tra spazi interni ed esterni. Le tendenze dell’architettura contemporanea verso la “smaterializzazione” vedono il vetro quale naturale protagonista: in primis per la sua trasparenza, ma anche per le riflessioni, le distorsioni ottiche, i cambiamenti di colore, la valenza architettonica e l’interazione in modo sempre diverso con l’ambiente circostante. Le origini di queste tendenze si riscontrano a partire dallo sviluppo delle facciate vetrate continue proposte dai maggiori esponenti del movimento moderno negli anni ’20 - ’30, da Mies van der Rohe a Walter Gropius, di pari passo con la nascita dei primi grattacieli. Lo scopo era quello di esplorare le potenzialità dell’innovazione tecnologica e di interpretarne le valenze dal punto di vista architettonico. Due esempi significativi dello sviluppo e della sperimentazione di nuovi materiali e nuove tecnologie costruttive di questo periodo sono senza dubbio il Seagram Building di Mies van der Rohe, con le sue proporzioni armoniche e l’uso attento di materiali resistenti all’azione del tempo, e il Grattacielo Pirelli di Giò Ponti che, con la tecnica dell’estrusione e la sua morfologia, consentì lo sviluppo di un vero e proprio approccio ingegneristico al progetto. 
Oggi sono stati compiuti notevoli progressi nell’offerta tecnologica di prodotti e sistemi rispetto a questi primi esempi, cosicché è stato possibile superare i problemi tecnici delle realizzazioni di allora, combinando elevati livelli di comfort termico degli ambienti interni con l’estensione, spesso preponderante, delle superfici trasparenti. 
Se un tempo le superfici destinate all’illuminazione naturale degli ambienti interni degli edifici costituivano infatti solo una limitata parte dell’involucro, oggi la continuità delle superfici e la versatilità di trattamento del vetro offrono nuove potenzialità, ancora solo parzialmente esplorate. Ciò riguarda sia lo spazio architettonico interno, sia l’immagine che l’edificio offre di sé all’esterno, così che nell’opera di alcuni architetti contemporanei la naturale capacità del vetro di modificare il suo aspetto durante il corso della giornata, viene ridefinita anche attraverso l’uso di moduli o immagini stampate sulla superficie vetrata stessa. 

L’involucro (di vetro) evoluto 
L’offerta tecnologica in termini di prodotti di vetro consente di combinare diversi processi di lavorazione in modo da regolare opportunamente le proprietà di trasmissione del calore, del suono e della luce. Per migliorare il comfort termico si può far uso sia di vetri camera doppi o tripli, con intercapedine riempita con aria o gas nobili, sia di sottili rivestimenti (coating) depositati sulla superficie delle lastre. Nella maggior parte dei casi è una accorta combinazione di queste due tecnologie a garantire i migliori risultati. Le lastre in vetro possono inoltre essere stratificate con interlayer di materiali plastici, come ad esempio il PVB (polivinilbutirrale), sia per motivi di sicurezza che per migliorare il livello di isolamento acustico dell’involucro. 
Dal punto di vista della radiazione luminosa è possibile infine realizzare vetri selettivi, capaci di essere “trasparenti” solo ad alcuni valori di lunghezza d’onda. Le facciate in vetro si guadagnano così sempre più l’appellativo di “involucro evoluto”. 
Accanto alle richieste estetiche, illuminotecniche, acustiche e termiche delle vetrazioni, occorre necessariamente considerare anche quelle statiche. Gli elementi in vetro possono essere progettati per assolvere essi stessi funzioni strutturali, sia come lastre sollecitate nel e fuori dal loro piano medio, ma anche come travi, colonne, gusci. L’intrinseca fragilità del vetro, ovvero la bassissima resistenza alla propagazione delle cricche, ne ha impedito a lungo il suo utilizzo diffuso come materiale strutturale, ad esclusione di alcune realizzazioni del XIX secolo, nelle quali il vetro assume effettivamente un ruolo attivo in quanto irrigidisce e collabora alla stabilità dell’ossatura metallica, altrimenti troppo deformabile. Queste prove testimoniamo certamente l’ingegno e il grande intuito dei progettisti di allora, ma in esse l’utilizzo del vetro come materiale strutturale resta un fatto quasi involontario, legato più all’istinto e alla buona pratica costruttiva che ad un atto di consapevole valutazione dei rischi. 
La caratteristica che accomuna le opere architettoniche free forms è la complessità stilistica e geometrica della forma che, generata con l’ausilio di moderni software, non può essere ricondotta solamente alla sovrapposizione di forme semplici. Queste forme introducono nei progetti una fonte di complessità aggiuntiva, tanto rilevante da portare naturalmente a chiedersi il perché di questa esasperata ricerca verso tale “complessità geometrica”, spesso ricercata nei criteri di efficienza energetica, nello studio della migliore esposizione climatica e dell’orientamento ottimale delle facciate, nell’integrazione nel contesto urbano e nel minimo impatto ambientale.  
Quello attuale è tuttavia un periodo di transizione, in cui spesso la costruzione di progetti innovativi ricorre ancora di frequente a tecniche di tipo tradizionale. 
Ciò evidenzia la profonda distanza che attualmente ancora esiste fra il progetto architettonico e quello strutturale e di involucro, e che risulta essere tanto maggiore quanto più complessa ed elaborata è la forma dell’involucro stesso. È inevitabile che la riduzione di questa distanza è strettamente legata ad una efficace collaborazione fra le varie discipline volta alla messa a punto di un progetto integrato. Ciò a maggior ragione se si considera che proprio dalla particolare forma dell’involucro derivano le prestazioni statiche della struttura. 
Una della prime applicazioni di “Blob Architecture” è senza dubbio il Municipio di Alphen aan den Rijn, in Olanda, progettato e realizzato negli anni 2002-2003. La facciata presenta una superficie a doppia curvatura che è stata realizzata con 850 pannelli di vetro, senza telaio, di diverse forme e dimensioni per ottimizzare la geometria dell’involucro. Questa realizzazione utilizza pannelli di vetro piano per approssimare la forma fluida dell’involucro. 

Il ruolo dei software di progettazione, dalla forma…al tenant  
Un ruolo fondamentale per la realizzazione di questo tipo di architettura è l'uso di ICT (Information and Communications Technology). Specifici software servono per progettare, calcolare e governare il processo di produzione di edifici e dei loro componenti, senza i quali, le free forms sarebbero di difficile realizzazione. In questo contesto, l'approccio progettuale basato sulla scomposizione del problema in sotto modelli piani non può più essere applicato. Per questo, programmi di modellazione tridimensionale permettono all'architetto di disegnare in modo semplice complessi volumi tridimensionali, mentre programmi di analisi fondati sul metodo degli elementi finiti aiutano gli ingegneri nell'analisi di strutture complesse. Entrando più nel dettaglio l'interattività tra il progettista e tecnico abilitato all'uso di software come: 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 e il supporto della documentazione di progetto. L’elaborazione progettuale viene interfacciata da hardware e software e interattivi. Per questo il supporto topologico geometrico del progetto architettonico delle strutture di viene necessariamente integrato. 
In tale contesto assoluto ruolo fondamentale la progettazione e la gestione del progetto con sistemi BIM. L'acronimo BIM (Building Information Modeling), indica un processo collaborativo che associa alla rappresentazione tridimensionale di elementi costruttivi un database di informazioni alfanumeriche. L'uso della tecnologia BIM per la progettazione di forme complesse è indispensabile, non solo per una corretta gestione tridimensionale delle geometrie fluide, ma anche per una coordinazione integrata con le diverse discipline progettuali atta ad individuare tempestivamente le criticità di alcune soluzioni, già nella fase preliminare. Ma l'utilità della tecnologia BIM non si esaurisce nella fase progettuale e di controllo della corretta corrispondenza fra progetto e produzione, durante la fase di avanzamento dei lavori, ma può avere un ruolo fondamentale anche per la fase di pianificazione e gestione dei costi, nonché nel controllo qualità e sicurezza, e nella successiva gestione del fabbricato da parte del “tenant”. 

E per costruire, si ragiona a pannelli 
Costruire architetture di tale complessità geometrica rappresenta, pertanto, una sfida sotto vari aspetti. Il fascino e la libertà espressiva delle free forms devono inevitabilmente confrontarsi con una spesso maggiore complessità realizzativa, talvolta con il livello di preparazione delle maestranze e con le potenzialità delle tecnologie costruttive a disposizione, quasi sempre con una forte attenzione all'aspetto delle risorse finanziarie. Da ciò discende che un processo di “razionalizzazione” del progetto stesso è di per sé inevitabile e deve essere finalizzato a rendere fattibile l'intervento in termini esecutivi ed economici. Nei primi progetti di questo tipo l'attenzione è stata posta sul “problema di approssimazione” della superficie di involucro. Tale aspetto è stato affrontato tramite metodi geometrici in grado di descrivere in modo sufficientemente accurato la forma iniziale attraverso superfici “sfaccettate” di tipo traslazionale, rotazionale e combinazione delle due. Gradualmente si è integrato questo passaggio all'interno del processo realizzativo e si è ricorsi ed algoritmi matematici per la suddivisione di superfici sempre più accurati ed efficienti. 
Allo stesso tempo l'attenzione della ricerca scientifica si è concentrata sul problema di progetto delle superfici, che non saranno più completamente “libere” ma soggette anche a vincoli di natura statica correlati anche alle esigenze dei processi di produzione industriale dei componenti di involucro. Questo processo si concretizza in una serie di accorgimenti quali la scelta del metodo di “pannellizzazione” della superficie, dei materiali da utilizzare per il rivestimento dell'involucro, dello schema statico e del sistema costruttivo. Le difficoltà presenti in tale procedimento sono evidenti, in particolar modo per ciò che concerne le superfici trasparenti. Il problema principale è rielaborare la superficie di progetto al fine di suddividere questa in pannelli discreti: è una fase complessa e piena di conseguenze con specifico riferimento alla struttura portante, nonché la trasparenza globale dell'involucro. Nel corso degli anni si sono sviluppate varie tecniche di pannellizzazione delle forme libere, le quali si differenziano in relazione alla capacità di soddisfare i requisiti di: economia (tipi di lavorazione richiesti, spreco del materiale), fattibilità (semplicità dei nodi, efficacia della struttura portante), aderenza alla geometria di progetto (grado di approssimazione della superficie, grado di trasparenza raggiunto, nel caso di strutture in vetro). 
Le tecniche più comuni sono le seguenti: 
- Mesh triangolari: è stata la prima tecnica di suddivisione usata per il discreto grado di approssimazione raggiungibile, nonché per la possibilità di realizzare rivestimenti esclusivamente a mezzo di pannelli piani. Con questa procedura di discretizzazione si ottengono strutture di supporto stabilì (la maglia triangolare internamente isostatica) ed al contempo possono essere realizzati involucri trasparenti su geometria e libere. Nonostante ciò gli svantaggi sono innumerevoli, per esempio un basso grado di trasparenza, la pesantezza della struttura di supporto, la torsione geometrica dei nodi. Per tutti questi motivi le mesh triangolari non hanno trovato ampia diffusione, se non in casi particolari quali le strutture geodetiche o quelli in cui la complessità della superficie di progetto ne ha obbligato l'uso; 
- Mesh quadrilatere: esse permettono di ridurre la complessità dei nodi (in cui si intersecano quattro aste e non più sei) e contestualmente semplificano la realizzazione dei pannelli, specie se fabbricati in materiale fragile quale il vetro, grazie alla maggiore ampiezza degli angoli. Mostrano inoltre una trasparenza sensibilmente più marcata, anche in virtù di una sottostruttura più leggera e meno ingombrante. A fronte di vantaggi menzionati, le mesh quadrilatere non garantiscono a priori la planarità delle facce. Questo è un requisito sostanziale il cui soddisfacimento, perlomeno parziale, è da ritenersi irrinunciabile allo scopo di contenere i costi di realizzazione; 
- Superfici rigate: costituiscono una particolare categoria di superfici a semplice e doppia curvatura particolarmente utili allo scopo della pannellizzazione in ragione della possibilità di ottenere strutture di supporto semplificati, nonché di apportare economie nella realizzazione degli stampi; 
- Mesh esagonali: costituiscono uno schema di suddivisione innovativo, ancora poco sfruttato anche se possiede ottime proprietà. Tra queste si sottolinea la bassa valenza dei nodi (tre per i nodi regolari), che si traduce direttamente in semplicità di fabbricazione e, in modo forse meno intuitivo, anche in una cresciuta flessibilità verso la possibilità di definire mesh parallele. 


L’articolo completo pubblicato su Modulo 404, dicembre 2016
SCARICA IL PDF