S^3 Shape, structure, site. The search for architectural form between structure and aesthetic language in the architectural panorama of ‘Escola Paulista’.

This document intends to study in-depth techniques and propose methodologies to mend the "dichotomy" between architectural shape and structural performance with the help and recognition of the architecture of São Paulo (or Paulist School - or Paulist Brutalist School), by critically examining the period between 1945 and 1970, through two different and not immediately complementary sections. This difficulty is represented by the difference in the themes dealt with in the following chapters, within which we want to focus on the pragmatic concepts that lead to the creation of specific architectural solutions, in turn, guided by fundamental "ideal" representations of the architecture of the School of São Paulo. The document is divided into two different macro-sections, allowing the reader to be guided in the research conducted. Starting from the reasons why specific architectures have lent themselves more than others in representing the "background" of the investigation, the dissertation also deepens historical events, salient points, distinctive and practical characters in the definition of Paulist architecture. The first section aims to provide bibliographic investigations with an approach that is as critical as possible. At the same time, scattered and disconnected references on Paulista Architecture are collected. This allows investigating mainly the incidence of the shape-structure theme concerning specific current and existing works in the panorama of the Escola Paulista, able to reflect the intrinsic value of the architectural language combined with stability and structural innovation. Attention is focused on specific works by the masters Vilanova Artigas and Paulo Mendes da Rocha - pioneers and founders of the School of São Paulo, whose study has allowed us to recognize the aesthetic and ethical characteristics of Paulist Brutalist architecture, underlining the fusion of morphological and structural characters that characterize these works. The second section systematically examines the characteristics of Paulista Architecture and of specific case studies characterized by wide spans. Specific Structural Optimization (OS) methodologies are thus introduced, useful in the shape-design of structures - or part of them. The methods developed in the OS field offer the possibility for the designer to control (and therefore decide) the final shape of architectural organisms and their components while having the certainty of obtaining performing structures. The proposed and tested optimization criteria - mainly concerning cases of variable section beams - will be applied to the selected case studies, demonstrating the developed algorithms' potential, representing the linking point between the design of the architectural shape and that of the structural performance. Thanks to the in-depth analysis conducted on the case studies, the developed documentation made possible the introduction to the first observations on the topic concerning Structural Optimization and its importance in architectural design, construction, and the theme of the shape-structure relationship. The presentation of traditional SO methodologies is followed by introducing experimental methods applied to the structural beam element - subject to experimentation - reporting the main theories that characterize it. The evaluation of the precision of the proposed methods is the subject of study. In fact, in addition to ascertaining the actual error committed to using the methods reported in the classical literature on the subject, one first study of OS will be carried out in the context of one or more case studies extrapolated from the architecture of the Paulista School. Attention is therefore focused on those structural optimization criteria that potentially represent a contact element between a correctly constructed structure and the resulting shape-equivalent, proceeding through the application of experimental optimization criteria to determine optimal sections by evaluating different load combinations. Therefore, in this dissertation, we will determine the optimal development of beams according to the treatment proposed by Timoshenko and the development of structural elements with a self-supporting function (Comparative Models - Appendix). In detail, in Chapter 1, the founding characteristics of the Escola Paulista, to introduce the first considerations on the form-structure theme, will be examined. The purpose of these analyses is to understand the relevance of the relationship between shape features and structural architecture characteristics in the linguistic and constructive field, setting the guidelines for reading the architectural organism through its deconstruction in the various disciplines/reasons that concur to its creation. Through the redraws and elaboration of the consulted documentation, Chapter 2 critically describes the case studies considered in the research, underlining the role of specific structural elements played in the creation of the architectural organism and how in the structural parts itself, the architectural language, and the will to denounce specific ideologies, are contained. The second part of the document is developed in two chapters. They represent the core of the research as the main experimental criteria of structural optimization tested on variable section beams with constrained geometries are presented through the application of computational techniques (computational geometry) combined with the use of evolutionary genetic algorithms for solving the problem. (Chapter III). The proposed methodologies will be evaluated through their application in Chapter IV. First, the validity of the processes and the usefulness in the conception phase of architectural work are discussed. Likewise, the impact of the algorithms presented in defining a new design method that can guide architectural and structural design simultaneously is debated. The results obtained in the final chapter and then discussed in the section dedicated to the conclusions do not have the pride to challenge the architectural shape of the case studies. Still, they want to testify how it is possible to bring two worlds, engineering, and architecture, which have undergone a split over time but remain deeply connected. Furthermore, the conducted investigations are eager to raise some initial arguments rather than reach definitive conclusions, still widely distant given the extreme complexity of works that have not yet been fully narrated, revealed and demystified from the practical architectural point of view.

Il presente documento intende studiare in maniera approfondita tecniche e proporre metodologie atte a ricucire la “dicotomia” tra forma architettonica e performance strutturale con l’ausilio e il riconoscimento dell’architettura di San Paolo (o Scuola Paulista – o ancora Scuola Paulista Brutalista), esaminando in maniera critica il periodo tra il 1945 e il 1970, attraverso due sezioni differenti e non immediatamente complementari. Tale difficoltà è rappresentata dalla differenza delle tematiche trattate nei successivi capitoli, all’interno dei quali ci si vuole focalizzare sui concetti pragmatici che conducono alla creazione di determinate soluzioni architettoniche, a loro volta guidate da rappresentazioni “ideali” fondamentali dell’architettura della Scuola di São Paulo. Il documento è suddiviso in due differenti macro-sezioni che consentono al lettore di essere guidato nella ricerca condotta, partendo dalle motivazioni per il quale determinate architetture si sono prestate più di altre nel fungere come “background” della ricerca, approfondendo allo stesso tempo eventi storici, punti salienti, caratteri distintivi e pratici nella definizione dell’architettura paulista. La prima sezione si propone di fornire alcune indagini bibliografiche, con approccio il più possibile critico. Al contempo, vengono raccolti riferimenti sparsi e sconnessi sull'Architettura Paulista, permettendo di indagare principalmente sull’incidenza della tematica forma-struttura in riferimento a specifiche opere esistenti e/o esistite nel panorama della Escola Paulista, le quali sono in grado di riflettere il valore intrinseco del linguaggio architettonico accostato con la stabilità e l’innovazione strutturale. In particolare, viene concentrata l’attenzione su specifiche opere dei maestri Vilanova Artigas e Paulo Mendes da Rocha – pionieri e fondatori della Scuola di San Paolo, il cui studio ha permesso di riconoscere le caratteristiche estetiche ed etiche dell'architettura Brutalista Paulista, sottolineando la fusione di caratteri morfologici e strutturali che caratterizzano tali opere. La seconda sezione esamina sistematicamente le caratteristiche dell’Architettura Paulista e, in special modo, di specifici casi di studio caratterizzati dall’ampia campata. Vengono così introdotte specifiche metodologie di Ottimizzazione Strutturale (SO) utili nella progettazione formale delle strutture - o parte di esse. Le metodologie studiate nel campo della SO offrono la possibilità al progettista di poter controllare (e dunque decidere) la forma finale di organismi architettonici e delle sue componenti, avendo allo stesso tempo la certezza di ottenere strutture performanti. I criteri di ottimizzazione proposti e sperimentati - riguardanti maggiormente casi di trave a sezione variabile - saranno applicati sui casi di studio scelti, dimostrando le potenzialità degli algoritmi sviluppati, i quali fungono da punto di connessione tra la progettazione della forma architettonica e quella della performance strutturale. La documentazione sviluppata – grazie anche agli approfondimenti condotti sui casi di studio – ha consentito di introdurre le prime osservazioni sull’argomento riguardante l’Ottimizzazione Strutturale e sull’importanza che riveste in ambito architettonico, costruttivo e sulla tematica del rapporto forma-struttura. Alla presentazione di metodologie tradizionali di SO segue l’introduzione di metodologie sperimentali applicate sull’elemento strutturale trave - oggetto di sperimentazioni - riportando le principali teorie che la caratterizzano. La valutazione della precisione dei metodi proposti è oggetto di studio nel quale, oltre a constatare l’errore effettivo commesso nell’utilizzo dei metodi riportati dalla letteratura classica sull’argomento, verrà effettuato un primo studio di SO nell’ambito di uno o più casi studio esistenti estrapolati dalle architetture della Scuola Paulista. L’attenzione è dunque focalizzata verso quei criteri di ottimizzazione strutturale che hanno le potenzialità di fungere da elemento di contatto tra una struttura correttamente realizzata e l’equivalente formale che ne deriva, procedendo tramite l’applicazione di criteri sperimentali di ottimizzazione volti alla determinazione di sezioni ottimali valutando differenti combinazioni di carico. Si tratterà dunque, nel corso della presente dissertazione, la determinazione di sviluppo ottimale di travi secondo la trattazione proposta da Timoshenko (il quale fa proprie le teorie di Eulero – Bernoulli, utilizzando la componente di sforzo data dal momento flettente agente per la determinazione della condizione di ottimo per lo sviluppo longitudinale della trave) e di studio e sviluppo di elementi strutturali dalla funzione autoportante (Modelli Comparativi - Appendice). In dettaglio, Nel Capitolo I saranno esaminati i caratteri fondanti della Escola Paulista nel tentativo introdurre le prime considerazioni sulla tematica forma-struttura. La finalità di tali analisi consiste nel voler comprendere la rilevanza del rapporto tra caratteri formali e strutturali dell’architettura in ambito linguistico e costruttivo, fissando le linee guida per la lettura dell’organismo architettonico attraverso la sua decostruzione nelle varie discipline/ragioni che ne concorrono alla formazione. Il Capitolo II descrive criticamente, attraverso il ridisegno e la rielaborazione della documentazione consultata, i casi di studio considerati nella ricerca, anche in questo caso rimarcando il ruolo che gli elementi strutturali hanno rappresentato nella creazione dell’organismo architettonico e di come nello stesso elemento strutturale sia racchiuso il linguaggio dell’architettura e la volontà di denunciare specifiche ideologie. La seconda parte del documento si sviluppa in due capitoli. Essi rappresentano il fulcro della ricerca in quanto vengono presentati i principali criteri sperimentali di ottimizzazione strutturale testati su travi a sezione variabile con geometrie vincolate attraverso l’applicazione di tecniche computazionali (geometria computazionale) accostate all’uso di algoritmi genetici evolutivi per la risoluzione del problema (Capitolo III). Le metodologie proposte verranno valutate attraverso la loro applicazione nel Capitolo IV, all’interno del quale viene discussa la validità dei processi e l’utilità in fase di concepimento di un’opera architettonica, sottolineando l’importanza e l’impatto che gli algoritmi presentati potrebbero avere nella definizione di un nuovo metodo progettuale che possa guidare simultaneamente la progettazione architettonica e quella strutturale. I risultati ottenuti nel capitolo finale e argomentati nella sezione dedicata alle conclusioni, non hanno la prepotenza di contestare la forma delle strutture esistenti, ma vogliono essere testimonianza di come sia possibile avvicinare due mondi, quelli dell’ingegneria e dell’architettura, che hanno subito una scissione nel tempo, ma che restano profondamente connessi. Inoltre, le indagini condotte nella dissertazione desiderano ardentemente sollevare alcuni argomenti iniziali, piuttosto che arrivare a conclusioni definitive, ancora ampiamente lontane data l’estrema complessità di opere che non sono ancora del tutto state raccontate, svelate e demistificate dal punto di vista pratico dell’architettura.