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Sergio Pone » 5.Costruzioni leggere in legno e sostenibilità caso studio: Gridshell


Risorsa legno

«Nessun materiale oggi, come il legno, possiede davvero la possibilità di essere rimosso dopo l’impiego ed essere riutilizzato altrove o essere stoccato, pronto per un nuovo utilizzo, proprio grazie alla sua peculiarità di assemblaggio a secco e per la sua leggerezza»*

Il legno è l’unico materiale da costruzione che, a causa del suo utilizzo in settori diversi e con finalità estremamente varie, si può definire una risorsa. Ma lo sfruttamento dissennato delle grandi foreste del pianeta ha messo in seria discussione l’effettiva rinnovabilità della risorsa legno. A partire da alcune iniziative intraprese dai primi movimenti ecologisti, la questione delle cosiddette foreste storiche è salita alla ribalta del dibattito sulla conservazione degli equilibri globali del sistema planetario e così hanno avuto inizio una serie di azioni finalizzate a definire la classificazione dei boschi, elaborare piani di gestione appropriati, individuare protocolli condivisi nella pianificazione dei tagli e mettere a punto interventi normativi tendenti a garantire la sopravvivenza delle risorse forestali. Naturalmente questo nuovo atteggiamento nasce nei paesi tradizionalmente dediti a un massiccio utilizzo del legno come materiale da costruzione quali Cina, Canada, Giappone e Nord-Europa per diffondersi lentamente nelle altre nazioni dell’Occidente avanzato.

Evoluzioni dei sistemi intelaiati tradizionali, in ordine cronologico, sono: il Balloon frame, il Platform frame, i sistemi a pannelli portanti o a cellule spaziali.

*Franco Laner, Olimpiadi Torino 2006, in «Adrastea», n. 17, 2001

Legno: generalità

Conifera: piante vascolari, con semi contenuti in un cono. (pino, abete, larice, sequoia…)

Latifoglia: piante, arboree o arbustive, erbacee o legnose, caratterizzate da foglie larghe (a differenza delle aghifoglie che sono caratterizzate da foglie aghiformi e frutti a cono). Nella quasi totalità delle specie, le latifoglie sono caducifoglie: all’arrivo della stagione sfavorevole, perdono le foglie; le conifere in genere sono sempreverdi. (acero, betulla, faggio, castagno, quercia, frassino, noce…)

Tronco di legno in sezione, caratteristiche della struttura: porosa, non omogenea, anisotropa

Tronco di legno in sezione, caratteristiche della struttura: porosa, non omogenea, anisotropa


Legno: generalità II

Corteccia esterna: serve come protezione e consente gli scambi gassosi necessari alla vita della pianta.

Corteccia interna: (o Alburno) formata da cellule vive, è l’apparato circolatorio per la conduzione dei sali minerali dalle radici alle foglie. Si distingue dal durame per il colore più chiaro.

Libro: contiene i vasi che conducono il nutrimento sintetizzato delle foglie a ogni parte dell’albero.

Cambio: strato sottile di tessuto responsabile della produzione di nuovo legno, sia verso l’esterno sia verso l’interno.

Durame: parte più interna e antica del tronco e, pertanto più pregiata perché più stabile e meno attaccabile dai parassiti. Mano a mano che l’albero cresce, l’Alburno diventa Durame.
Midollo: parte centrale del tronco, generalmente poco differenziabile dal durame che lo contiene.

Risorsa legno: le colture a rapido accrescimento

Alla richiesta espressa dai movimenti ecologisti di utilizzare preferenzialmente semilavorati di piccole dimensioni provenienti da colture a rapido accrescimento, risparmiando così le foreste storiche, la ricerca tecnologica offre una risposta solo parzialmente accettabile in funzione della globale eco-compatibilità dei prodotti utilizzati. Si può quindi sostenere che per soddisfare seriamente la domanda di eco-compatibiltà la ricerca nel campo degli utilizzi del legno in edilizia deve seguire due strade: da una parte è necessario investire nel settore chimico, con la sperimentazione di colle non inquinanti (come per esempio la lignina, polimero naturale che tiene insieme le fibre del legno, i risultati delle cui sperimentazioni non sono tuttavia ancora soddisfacenti), e dall’altra si rende indispensabile riscoprire sistemi fondati sull’assemblaggio, escludendo i diffusissimi incollaggi chimici, di elementi costruttivi derivati da semilavorati in legno massello di piccola dimensione. A queste considerazioni si può aggiungere che questa generica richiesta di eco-compatibilità e di utilizzo dei semilavorati del legno di piccole dimensioni incontra la necessità, avvertita in Italia sul piano economico e sociale, di riconfigurare il comparto agro forestale in crisi.

Semilavorati derivanti da bosco ceduo

Semilavorati derivanti da bosco ceduo


Risorsa legno: le colture a rapido accrescimento II

«I nostri antenati piantavano e proteggevano il bosco non solo per principi altruistici, ma perché consapevoli che da questo non ricavavano soltanto materiale combustibile per il loro fuoco, ma anche il materiale necessario per costruire. Il bosco svolge diverse funzioni, influenza positivamente il clima, protegge il territorio, ha un valore culturale ed estetico altissimo. L’unico modo di salvaguardare anche per il futuro il patrimonio boschivo è quello di utilizzare il legno in edilizia»*.Il legno di bosco ceduo, in particolare, con i suoi brevi turni di taglio (12, 24 anni) consente di produrre semilavorati di piccole dimensioni, peso e ingombro limitati, facilmente trasportabili.

«Il mancato taglio dei boschi provoca il loro invecchiamento biologico cui può conseguire una maggiore instabilità ecologica e una minore funzionalità (…) I boschi ben gestiti, in cui i tagli non superano gli incrementi, continueranno a rimanere una fonte inesauribile di materia prima. È ampiamente dimostrato che una gestione intensiva ma corretta, ecologicamente sostenibile, può determinare un aumento consistente della produzione legnosa senza particolari controindicazioni di carattere ambientale».

*Julius Natterer, testo pubblicato sul sito www.holzbau.com

** Cfr. Zanuttini Roberto e Lavici Paolo, Strutture in legno: analisi del ciclo di vita e certificazioni, conferenza Saie, Bologna.

Segati del bosco ceduo

Segati del bosco ceduo


L’uso del legno in architettura: una cronistoria


L’uso del legno di piccola dimensione in architettura


Giunzioni a secco, 1561


L’uso del legno di piccola dimensione: balloon frame

L’abbinamento tra semilavorati di piccole dimensioni e collanti chimici risale solo all’ultimo secolo di storia delle costruzioni. Si può prendere in considerazione, per esempio, quella fase della storia dei procedimenti costruttivi in legno in cui si iniziano ad affermare le logiche dedotte dalla produzione industriale, e cioè quando nell’America dei primi decenni dell’Ottocento si sono costruite le prime abitazioni con il metodo che diventerà in seguito noto come Ballon Frame. Il sistema Balloon Frame, è scelto come punto di partenza della lezione perché caratterizzato dall’utilizzo di listelli e tavole di piccola dimensione, che si iterano in maniera modulare a formare un sistema a doppia orditura collaborante all’interno di un involucro a scatola facilmente realizzabile e smontabile. Questo sistema costruttivo, sperimentato per la prima volta nel 1830 da Augustine Taylor per la realizzazione della St. Mary’s Church in Fort Dearborn vicino Chicago, grazie anche all’introduzione della sega a motore, rappresenta la prima forma di industrializzazione edilizia, dove gli elementi della costruzione sono sostanzialmente due: le viti prigioniere e le aste in legno di lunghezza standard di 4 mt prodotte in segheria, che ben si adattano alle necessità di una veloce realizzazione delle case dei pionieri americani, con azioni ripetitive e con manodopera non specializzata.

L’uso del legno di piccola dimensione: balloon frame

Balloon frame

Balloon frame


Prefabbricazione di elementi costruttivi in legno

Forse è a causa di motivazioni sostanzialmente analoghe, che tra il 1941 e il 1949, Konrad Wachsmann e Walter Gropius realizzano per la General Panel Corporation il Package house system. Si trattava di un sistema di produzione di elementi costruttivi prefabbricati in legno, da impiegare per la realizzazione di abitazioni nei sobborghi statunitensi nella fase postbellica. Durante la fase di sperimentazione, il prototipo è montato in sole otto ore, inclusa l’installazione degli infissi e degli impianti. Per questo progetto Wachsmann e Gropius sperimentano uno dei primi giunti universali in legno, a forma di cubo, dove convergono dodici pannelli. Il difetto del sistema, destinato alla produzione di massa, era nell’essere progettato con pezzi prefabbricati già completamente disegnati, e pertanto non modificabili in alcuna parte. Per questo motivo il sistema non raggiunge il successo sperato e come racconta Kenneth Frampton, «Sembrerebbe che il General Panel System abbia sofferto dell’abituale basso livello di ricezione che ha accompagnato quasi tutti i sistemi di abitazione progettati razionalmente negli ultimi quaranta anni, con la sola eccezione di quei sistemi sostenuti, nel primo dopoguerra, da ampi programmi statali, come in Francia e nell’Est europeo»*.

*Frampton Kenneth, I tecnocrati della Pax Americana: Wachsmann & Fuller, in Casabella, n. 542-543, 1988

General Panel System

Konrad Wachsmann e Walter Gropius, 1941

Konrad Wachsmann e Walter Gropius, 1941


Il precursore dei Gridshell

Nel 1981 Frei Otto dimostra con un’opera di straordinario ingegno le incredibili possibilità dell’utilizzo delle “tessiture” in elementi lignei di sezione ridotta per la realizzazione di una copertura di grande luce: il Mannhein Lattice Shell per la Federal Garden Exhibition del 1971, sottilissimo guscio formato dall’unione di un doppio strato di assicelle di legno 5×5 cm di sezione giuntati ogni 50 cm, concepito in collaborazione con il gruppo di progettazione Carlfried Mutschel and Partners’ e, per i calcoli statici, con il gruppo di specialisti della Ove Arup, Edmund “Ted” Happold, Ian Liddel e Michael Dickson; il tutto realizzato grazie alla maestria del costruttore Wilhelm Poppensieker, della Michael Gärtner GmbH e della Wehmeyer GmbH & Co. Per questa opera, sono stati utilizzati 72 km di assicelle di abete canadese per una superficie complessiva di 4700 m2. La griglia è stata portata alla sua particolare forma mediante impalcature a torre; una volta in posizione i nodi sono stati bloccati e fissati ai piloni; quindi la pelle è stata solidarizzata alla struttura mediante un sistema di cavi, che hanno anche funzione di controvento. Il carico è trasferito ai nodi per l’attrito indotto dai bulloni; la forma della struttura e il suo sistema di giunzioni è tale per cui un carico verticale uniformemente distribuito determina solo sforzi di compressione nelle aste.

Il precursore dei Gridshell

Frei Otto, Mannhein Lattice Shell per la Federal Garden Exhibition, 1971

Frei Otto, Mannhein Lattice Shell per la Federal Garden Exhibition, 1971


Elementi semplici assemblati in forme complesse

Secondo le indicazioni fornite dai religiosi era necessario creare uno spazio adatto alle riunioni della comunità e aperto a tutti, oltre a ricostruire la sala degli ospiti e gli alloggi per i monaci. Pur senza vincoli specifiche da seguire nella progettazione, rispetto alla versione originaria del tempio, i progettisti hanno proposto il sistema costruttivo tradizionale giapponese inteso come assemblaggio di tanti elementi in legno lamellare. L’ampio spazio coperto è formato da 3 strati di travi incrociate, sorrette da un sistema di 16 colonne divise in 4 gruppi.

L’ambiente più importante è uno spazio luminoso col pavimento ricoperto da cento stuoie, delimitato da uno schermo di vetro smerigliato e circondato da una parete esterna costituita da pali di 15×21 cm, disposti a intervalli regolari di 15 cm, con inserti di vetro che li distanziano.

Tadao Ando, Tempio Komyo-ji-Saijo (della Terra Pura), Saijo, 2000

Tadao Ando, Tempio Komyo-ji-Saijo (della Terra Pura), Saijo, 2000


Elementi semplici assemblati in forme complesse

Tadao Ando, Tempio Komyo-ji-Saijo (della Terra Pura), Saijo, 2000. Immagini dello spazio esterno e interno e dettaglio degli infissi

Tadao Ando, Tempio Komyo-ji-Saijo (della Terra Pura), Saijo, 2000. Immagini dello spazio esterno e interno e dettaglio degli infissi


Sulla “vera” riciclabilità delle costruzioni in legno

L’Expo 2000 di Hannover ha avuto come tema propulsore il rispetto dell’ambiente e in cui è significativa stata la grande attenzione accordata al legno come materiale da costruzione con buone caratteristiche tecniche e soprattutto risorsa rinnovabile di fondamentale importanza nell’ottica di procedere verso un possibile sviluppo sostenibile, da utilizzare sperimentalmente in una nuova dimensione altamente tecnologica. Molti padiglioni, infatti, sono stati concepiti per essere smontati e rimontati altrove a fine manifestazione, grazie a strutture flessibili e materiali riutilizzabili, addirittura biodegradabili, come il padiglione progettato da Shigeru Ban, con la collaborazione di Frei Otto e la consulenza strutturale di Buro Happold, composto di tubi di cartone e lacci di stoffa che tengono in piedi le tre cupole. Si tratta dell’edificio di carta più grande (72.8 mt per 34 nei punti più ampi per 15.5 di altezza,) del mondo, riciclabile sino all’ultimo millimetro, realizzato con i tubi di cartone, resi celebri dalla Paper Dome (Osaka 1998) e dalla Paper Log House (Kobe 1995). Il modello generato in Robot Millennium, programma per l’analisi delle strutture in edilizia, abbracciava 6656 elementi, cui sono stati applicate la rigidezza e le proprietà ottenute in base ai test effettuati dalla Buro Happold.

Sulla “vera” riciclabilità delle costruzioni in legno

Shigeru Ban, padiglione Giapponese dell’Expo 2000 di Hannover

Shigeru Ban, padiglione Giapponese dell'Expo 2000 di Hannover


Sulla “vera” riciclabilità delle costruzioni in legno

Non è un caso che l’opera emblematica della manifestazione sia stata l’Expodach di Thomas Herzog, la grande copertura lignea posta nel cuore della fiera, composta da 10 ombrelli di circa 40×40 mt ciascuno e 20 mt di altezza. Ogni elemento si compone di 4 gusci reticolari nervati in legno a doppia curvatura, 4 travi a sbalzo, un nodo centrale in acciaio e il pilone a torre. Ciascun guscio, a sua volta, è formato dalla sovrapposizione di due strati di listelli in legno lamellare, coperto da una membrana in Ptfe-Etfe riciclabile al 100%, ancorata ai costoloni longitudinali. Nella stessa manifestazione, un’esemplare interpretazione dell’uso del legno è stata offerta dal padiglione svizzero progettato da Peter Zumthor, i cui spazi sono circoscritti da setti di legname impilato senza giunzioni, ancora fresco al momento della realizzazione e giunto alla giusta stagionatura durante i 5 mesi di durata della manifestazione. Le pareti in legno alte 9 mt, sono montate parallele le une alle altre e formate da travi lignee, di taglio uniforme, sovrapposte, alternate a listelli; queste pile di larice e pino svizzeri sono tenute insieme da cavi in tensione e grandi molle d’acciaio grazie all’attrito che deriva dai punti di pressione delle travi sovrapposte,senza chiodi né colla. Alla chiusura dell’Expo, l’intera costruzione è stata smontata e le travi destinate ad altro uso.

Sulla “vera” riciclabilità delle costruzioni in legno

Thomas Herzog, Expodach, Hannover 2000

Thomas Herzog, Expodach, Hannover 2000


Sulla “vera” riciclabilità delle costruzioni in legno

Peter Zumthor, padiglione Svizzero, Hannover 2000 (a dx). Viste del parco (a sx)

Peter Zumthor, padiglione Svizzero, Hannover 2000 (a dx). Viste del parco (a sx)


Gridshell, 30 anni più tardi

Nel 2002, il gruppo di progettazione Edward Cullinan Architects realizza nel Sussex, in Inghilterra, il Downland Gridshell per il Weald & Downland Open Air Museum, dove, oltre alla rielaborazione del modello presentato da Otto per il Lattice Shell, si utilizza anche lo stesso materiale: il legno. La copertura di questo edificio è un guscio lungo 50 mt, largo 12 e alto 10 mt, realizzato con una griglia a doppio strato formata da assicelle di legno di quercia di 2×4 cm connesse ogni 40 cm con in tutto più di 1000 bulloni. Ogni nervatura è composta da due assicelle che, incrociandosi con l’altra famiglia di elementi forma un nodo che prevede una sovrapposizione di quattro listoni. La copertura prefabbricata è stata posata a terra e gradualmente sollevata nella configurazione finale, in modo da piegare e torcere la pianta quadrata da 40×40 cm in una forma di diamante. La forma tridimensionale della griglia è bloccata dalle travi orizzontali che sostengono il rivestimento. Alle due estremità sono collocati due archi e una trave incrociata in lamellare di larice siberiano. La griglia è composta da 600 assicelle la cui lunghezza totale è di 12 km.

Edward Cullinan, Downland Gridshell per il Weald & Downland Open Air Museum, Sussex, 2002

Edward Cullinan, Downland Gridshell per il Weald & Downland Open Air Museum, Sussex, 2002


Conclusioni

Le architetture fin qui analizzate sono state scelte tra quelle in cui l’utilizzo del legno (naturale e lamellare) appare particolarmente significativo rispetto al tema della costruzione con elementi lignei di piccole dimensioni, e dove le potenzialità espressive di questi sono integrate con il comportamento del legno nel campo delle strutture in coazione (come nel caso del fasciame montato in flessione per gli scafi) e soprattutto quelle in cui gli elementi lavorano per forma (per esempio le intelaiature a graticcio orientate nello spazio tridimensionale). In queste architetture appare significativa la relazione tra il piccolo formato dell’elemento ligneo di partenza e la grande dimensione dell’oggetto finito. I prodromi di queste architetture risalgono alla secolare tradizione costruttiva in legno, dalle tende dei nomadi, fino agli studi di Philibert De L’Orme nel 1561 contenuti in Nouvelles inventions pour bien bâtir.

Infine, riguardo la riciclabilità reale dei prodotti della dismissione delle costruzioni, si può sostenere che questa è un elemento del progetto di architettura. Se, infatti, la riciclabilità è inserita nel quadro esigenziale originario e fortemente perseguita può diventare non solo un obiettivo ragionevole ma soprattutto un interessante e stimolante “materiale” per la formazione del progetto di architettura.

I materiali di supporto della lezione

Jean Giono, L'uomo che piantava gli alberi, Salani, Milano, 1996.

Ricci Maurizio, In Amazzonia la guerra del legno così scompare l'ossigeno dal pianeta, «Repubblica» 28 novembre, 2003.

Cunningham William P., Fondamenti di ecologia, McGraw-Hill, Milano, 2004.

Natterer Julius, Thomas Herzog, Michael Volz, Atlante del Legno, UTET, Torino, 1998.

Berti Stefano, Maurizio Piazza, Roberto Zanuttini, Strutture di legno per un'edilizia sostenibile, Il Sole24ore, Milano, 2002, p. 291-294.

Baldo Gianluca, Massimo Marino, Stefano Rossi, Analisi del ciclo di vita Lca, materiali prodotti, processi produttivi, Edizioni Ambiente, Milano, 2005.

Nardi Guido, Le nuove strutture in legno, in «Arca», n. 74, 1993.

«Detail», n. 6, Tecnologie costruttive semplici, giugno 2003

Laner Franco, Vecchi morfemi per nuovi tecnemi, «Materia», n. 36, settembre dicembre 2001, p. 22-27.

Capasso Aldo, “Il legno: un materiale tradizionale per nuove produzioni”, in Gangemi Virginia (a cura di), Architettura e tecnologia appropriata, FrancoAngeli, Milano, 1985, p. 211.

Menicali Umberto, Wood, sweet wood, «Costruire», 260, 2005, pp. 66-71.

Sinopoli Nicola, Saie 2004. I sintomi ci sono, «Costruire», 259, 2005, p. 78.

Colabella Sofia, Risorsa legno, dossier in «Costruire», n. 261, febbraio 2005

Martitegui Francisco Arringa, Estructuras de madera, «Tectonica» n. 13, 2001.

Dattomi Aldo, I compensati a base di legno di nuova generazione (parte seconda)”, in «Adrastea» n. 9, 1997.

Frampton Kenneth, I tecnocrati della Pax Americana: Wachsmann & Fuller, in «Casabella», n. 542-543, 1988, p. 43.

Otto Frei e Rash Bodo, Finding Form, Axel Menges, 1995, pp. 138-145.

Ando Tadao, Tempio della Terra Pura, «The plan», 004, 2003, p. 24.

McQuaid Matilda, Shigeru Ban, Phaidon, New York, 2003.

Mombelli Rossella Letizia, Tetto scultura, «Materia», 36, 2001, pp. 34-45.

Thomas Herzog, Architecture + Technology, Prestel, Monaco, 2002.

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