ARCHITETTURA e TECNICA dei GUSCI SOTTILI

La tesi che qui viene presentata ha lo scopo di investigare i gusci sottili nei diversi aspetti che li qualificano, spaziando da quelli più storico-architettonici a quelli più prettamente tecnico-costruttivi, e approfondendone in modo particolare le caratteristiche strutturali e le logiche di funzionamento. Con “gusci sottili” si intendono delle strutture bidimensionali nelle quali una delle tre dimensioni, lo spessore, risulta drasticamente ridotta rispetto alle altre due, che in tal modo risulta-no preponderanti. Tale peculiarità conferisce ai gusci un comportamento meccanico che li distingue da elementi massivi o tridimensionali, rendendoli capaci di resistere a sollecitazioni distribuite sfruttando principalmente la loro forma.Il lavoro è articolato in due parti, all’interno delle quali vengo-no investigate le specificità delle strutture oggetto di studio, con un approccio che alterna l’analisi teorica alla verifica attraverso modelli e simulazioni.La prima parte è incentrata sullo stato dell’arte riguardante i gusci sottili. In particolare, oltre alle diverse definizioni riscontrate nella letteratura di riferimento che permettono di caratterizzare un guscio - sia qualitativamente che attraverso il rapporto numerico tra le parti che lo compongono -, viene posto un accento particolare sull’influenza che i gusci naturali hanno esercitato e continuano ad esercitare sui “gusci” costruiti dall’uomo (secondo il cosiddetto “bio-inspired design”, o “progettazione bio-ispirata”). Un altro tema affrontato all’interno della prima parte riguarda l’origine dei gusci e l’evoluzione dei sistemi costruttivi a essi associati nel corso del tempo, partendo dalle antiche volte sottili in mattoni e gesso, fino ad arrivare ai più recenti gusci a forma “libera” in calcestruzzo armato.La distinzione tra volte e gusci sottili non si limita solamente al diverso periodo storico in cui si sono sviluppate o ai diversi materiali utilizzati, ma riguarda anche altri fattori quali le geometrie adottate, i sistemi di centinatura, le tecniche di posa in opera e le possibilità dimensionali. Le diverse soluzioni tecnologiche e costruttive dei gusci sottili sono infatti strettamente legate alle forme ottenibili e alle dimensioni raggiungibili: i gusci realizzati nel corso del XX secolo, grazie a nuovi materia-li e metodi di calcolo, hanno reso possibili superfici e luci inimmaginabili con le tradizionali tecniche costruttive. Di conseguenza, risultano differenti anche le tipologie di centine e casseforme utilizzate, i metodi di montaggio e le soluzioni che hanno portato, soprattutto nel dopoguerra, allo sviluppo dei primi sistemi di gusci prefabbricati.L’avvento di nuove tecnologie, nuovi materiali e nuovi strumenti (software parametrici, programmi di calcolo ad alta precisione e tecniche di fabbricazione digitale quali la stampa 3D) ha aperto, dal XXI secolo, nuovi scenari per quanto riguarda la progettazione e realizzazione di gusci sottili. Questi strumenti hanno introdotto parametri progettuali legati alla razionalizzazione dei costi, alla sostenibilità e alla riduzione dell’impatto ambientale, offrendo ai progettisti nuove opportunità per ottimizzare sia le forme sia i processi esecutivi.La seconda parte è orientata all’approfondimento architettonico-strutturale di due delle diverse tipologie di gusci sottili analizzati. Tale scelta è legata a diverse considerazioni, riguardanti il periodo storico di sviluppo, i materiali impiegati, le modalità con cui i gusci sono stati progettati e realizzati e il contri-buto che ciascuna tipologia ha espresso nel campo dell’edilizia. La prima tipologia studiata è quella delle volte realine, realizzate con mattoni sottili in laterizio messi in opera, con pasta di gesso, in due o tre strati sovrapposti. Queste volte rappresentano un significativo - sebbene dimenticato - patrimonio della tradizione costruttiva siciliana e costituiscono un esempio emblematico di come l’impiego sapiente di materiali modesti e tecniche tradizionali possa condurre alla realizzazione di elementi estremamente leggeri, resistenti e funzionali.La seconda tipologia analizzata riguarda i gusci derivanti dal metodo di determinazione della forma denominato “hängeform”. In questo caso, la geometria del guscio è ottenuta da una membrana sospesa, successivamente invertita in modo da generare una superficie che resiste quasi esclusivamente a compressione. Gusci di questo tipo, dovuti all’ingegnere svizzero Heinz Isler (1926-2009), rappresentano uno dei massimi esempi moderni di progettazione basata sul comportamento natura-le dei materiali e sulla ricerca della forma resistente ideale.La modellazione e analisi strutturale delle due tipologie esaminate ha permesso non solo di verificarne le capacità portanti, ma anche (in particolare nel caso dei gusci hängeform) di compiere un significativo passo avanti nella comprensione delle modalità attraverso cui è possibile oggi progettare e realizzare gusci sottili mediante strumenti digitali.In particolare, viene proposto un metodo, finalizzato alla definizione di un sistema costruttivo, derivante dalla parametrizzazione, parzializzazione e successiva prefabbricazione dei gusci ottenuti tramite il metodo hängeform. Una volta definiti i sistemi di connessione tra i vari componenti e assemblati gli elementi in cantiere, tale metodo potrebbe consentire di rea-lizzare gusci con forme e dimensioni differenti, superando i vincoli imposti dalle geometrie tradizionali.Il sistema costruttivo siffatto è stato elaborato per offrire numerosi vantaggi: una maggiore libertà formale, la possibilità di utilizzare quantità ridotte di materiali - grazie a casseforme riutilizzabili o, nel caso della stampa 3D, addirittura assenti - una diminuzione dei costi e dei tempi di produzione, nonché un minore impatto sull’ambiente, come diretta conseguenza dei vantaggi precedenti. Tali benefici potrebbero rendere il sistema competitivo e in linea con le nuove esigenze della progettazione contemporanea, sempre più attenta alla sostenibilità e all’efficienza costruttiva.