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 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.

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

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

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

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

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

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

Sulla “vera” riciclabilità delle costruzioni in legno

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

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.