Gridshell in Legno: Architettura Flessibile e Sostenibile

Le gridshell sono strutture tridimensionali che utilizzano una griglia per ottenere la loro forma curva o arcuata e sono spesso utilizzate per coperture leggere e flessibili, consentendo design innovativi ed esteticamente interessanti. Questa tipologia costruttiva, evidente dal loro stesso nome, si riferisce a gusci strutturali a graticcio in cui la superficie a doppia curvatura è realizzata attraverso una rete di aste e nodi. La griglia curva che compone le gridshell può essere costituita da elementi lineari come travi o cavi, disposti in modo da formare una rete strutturale che segue la forma desiderata della copertura. Si tratta di strutture resistenti per forma.

Nel nome stesso delle gridshell è indicata una tipologia costruttiva che sottende l’utilizzo di materiali elastici. Queste strutture possono essere realizzate in vari materiali, tra cui legno, acciaio o fibra di vetro; tuttavia, interessa qui parlare specificamente di quelle in legno.

Il Legno come Materiale Prediletto per le Gridshell

Il legno è un materiale eccellente per l’architettura, noto per le sue grandi proprietà elastiche. Le strutture in legno leggere sono state spesso oggetto di studio e sperimentazione. Equilibrio, leggerezza e semplicità sono gli aggettivi che meglio identificano questi gusci strutturali a graticcio, ma anche resistenza, rigidezza, razionalità e consapevolezza delle tecniche costruttive e delle proprietà del materiale.

I gusci strutturali a graticcio post-formati sono sostenibili in quanto composti da un materiale ecologico per eccellenza, il legno. La ridottissima energia grigia (embodied energy) del legno, la facile smontabilità delle parti e la rinuncia ai trattamenti chimici, fanno di questa realizzazione una costruzione sostenibile per tutto il suo ciclo di vita, dal momento della sua creazione allo smaltimento ecologico.

In pratica, le gridshell in legno sono costituite da elementi che vengono utilizzati sfruttando le proprietà elastiche di questo materiale. Se la materia è flessibile, configurata in una maniera specifica e vincolata a estremità fisse, è in grado di autosostenersi, di sopportare un certo carico e coprire determinate luci. Tutte le parti costituenti la maglia strutturale hanno una dimensione ridotta e sono semplici da produrre. Le bacchette sono facilmente sostituibili poiché non sono né incastrate né incollate, rendendo la struttura durevole nel tempo grazie al suo stesso sistema costruttivo e facile da montare e smontare.

Leggi anche: Prezzi Pavimento Grigio Legno Perlato

Processo Costruttivo e Tecniche di Deformazione

Il sistema costruttivo delle gridshell si rifà a tecniche costruttive molto antiche. Le griglie di legno a grande campata vengono comunemente costruite disponendo inizialmente gli elementi principali dell’assicella in un reticolo quadrato o rettangolare regolare, e successivamente deformandoli nella forma doppiamente curva desiderata.

1. Tessitura e cucitura: Gli elementi lineari si assemblano in una trama regolare e si fissano secondo la forma desiderata; questa operazione avviene in piano. L’insieme dei pezzi viene assemblato in piano.
2. Deformazione: Le parti si forzano ad assumere la forma finale, attraverso la flessione degli elementi e la deformazione delle maglie, che da quadrate diventano romboidali. Il secondo passaggio richiede la deformazione per flessione degli elementi del graticcio orizzontale. Ciò è possibile grazie alla grande elasticità del legno e alla sua disponibilità ad essere deformato anche in maniera sensibile senza spezzarsi, ma flettendosi dolcemente e cambiando la geometria delle maglie. Viene sfruttata l’estrema elasticità del legno, che consente alla maglia di piegarsi e conformarsi nella forma tridimensionale richiesta. Come accade per il fasciame delle barche, la messa in coazione delle bacchette produce la doppia curvatura finale.
3. Fissaggio e Irrigidimento: Una volta formate, le maglie si fissano al suolo e si procede alla posa degli irrigidimenti diagonali, cavi metallici o altri elementi lignei, che gli attribuiscono la necessaria rigidezza. Piegati questi elementi, si passa al loro fissaggio al terreno e all’irrigidimento, legandoli tra di loro con assi diagonali, cavi di acciaio o altri elementi necessari a conferire all’insieme la rigidità strutturale richiesta. L’obiettivo è conferire all’insieme rigidezza strutturale e forma finale. La forma, come si può ben comprendere, è dettata dalla deformazione del materiale.

La fase di cantiere prevede l’utilizzo di macchinari dal ridotto consumo e la leggerezza delle parti consente di muovere tutto a mano. Le giunzioni non prevedono l’uso di collanti chimici né di trattamenti superficiali con prodotti di sintesi; le bacchette, infatti, sono bullonate, così da essere facilmente sostituibili e reversibili. Ciò assicura, alla fine del ciclo di vita, lo smaltimento ecologico del legno.

Pionieri e Evoluzione Progettuale

Alle menti visionarie di architetti lungimiranti, quali Frei Otto e Mutsuro Sasaki, dobbiamo la creazione di strutture incredibili, sia per proprietà che per qualità. La capostipite delle gridshell è certamente la Multihalle di Mannheim, progettata da Frei Otto e finita di costruire nel 1975, un’opera che non aveva precedenti nell’architettura contemporanea e che apriva nuove strade e nuovi orizzonti nella progettazione negli anni '60 e primi anni '70.

La progettazione delle gridshell richiede un interessante approccio progettuale che include l’implementazione di obiettivi di diversa natura, e per questo richiede competenze multiple caratterizzanti diversi campi dell’ingegneria e dell’architettura. Complessi software di progettazione parametrica, basati su algoritmi generativi, consentono di immaginare queste strutture in fase di progettazione e di stabilire con relativa precisione forme e rinforzi per una resa strutturale perfetta.

Le grid-shell, nella loro complessità e formale bellezza, sono frutto di un’idea semplice, economica ed eco-sostenibile. Nascono in un’era di passaggio tra un processo manuale-manifatturiero ad uno di tipo seriale-industriale. La loro leggerezza e la loro immagine si legano perfettamente a contesti diversi, sia rurali che urbani, creando dialogo tra gli elementi, legandoli in forme e composizioni mai uguali. Data la flessibilità delle geometrie strutturali è possibile intervenire, con leggerezza, sia negli edifici del paesaggio rurale che nei contesti aperti più complessi delle città.

Leggi anche: Stile Arte Povera per la Sala da Pranzo

La Ricerca Italiana nel Campo delle Gridshell in Legno

In Italia, l’unico gruppo di ricerca sul tema gridshell è guidato dall’Arch. Prof. Sergio Pone, del Dipartimento di Architettura dell’Università degli studi di Napoli “Federico II”, che dal 2006 sperimenta forme e sistemi di costruzione diversi, in collaborazione con gli architetti Sofia Colabella e Bianca Parenti, coadiuvato dal team di ingegneri che fa capo al prof. ing. Raffaele Landolfo.

Dopo alcuni anni trascorsi a studiare la portentosa gridshell di Mannheim, nel 2007 il gruppo ha testato le conoscenze acquisite. L’occasione di costruire la prima gridshell è stata offerta dalla necessità di coprire l’aia di forma quadrangolare di un’unità abitativa a Ostuni. Qui la sperimentazione è stata spinta nella direzione della sostenibilità, bandendo l’uso dei collanti chimici, e della massima rapidità di montaggio, con la progettazione e brevettazione di un sistema di produzione di tipo industriale fondato sulla prefabbricazione di moduli quadrati dispiegabili di lunghezza massima pari a 3 metri.

Alcuni dei temi affrontati in questo progetto sono stati ripercorsi nella seconda gridshell, costruita a Lecce in una masseria. L’esigenza era di procedere secondo un protocollo progettuale e di cantiere che consentisse di sistematizzare i risultati ottenuti, sia dal punto di vista strutturale sia sotto il profilo delle strategie esecutive. Da qui è nata la necessità di progettare una forma a doppio asse di simmetria per la messa a punto di un protocollo di calcolo e di disegno, e l'approfondimento del progetto delle macchine di cantiere necessarie alla deformazione della griglia piana, assemblata per moduli.

Questa stessa esperienza è stata reiterata nel 2010 a Calitri, con l’intento di definire con l’azienda produttrice di legno lamellare che ospitava il progetto, un prodotto (battezzato Woodome) replicabile ovunque a costi contenuti. Si è anche lavorato per verificare i risultati ottenuti in ambiente virtuale nel sistema di rappresentazione della superficie complessa e di calcolo delle diverse fasi. Parallelamente al protocollo esecutivo, si evolve quello progettuale attraverso l’utilizzo di software complessi basati su algoritmi generativi; la sperimentazione, in questa fase, si spinge verso la definizione di un software capace di tenere insieme le logiche del disegno, con quelle strutturali e quelle architettoniche.

Nel 2014, un gruppo tutto italiano formato da Sofia Colabella, Alberto Pugnale (docente presso la Melbourne School of Design) e Sergio Pone (docente presso UniNa), ha progettato e realizzato con gli studenti australiani, la prima gridshell post-formata in accoya d’Australia.

Leggi anche: Pali in legno: guida alle travi

L’ultimo esperimento, ancora a Lecce nella stessa masseria, ha visto la promozione della logica di ibridare la ricerca universitaria con la professione per la copertura di una grande terrazza di 120 m². Si è sperimentato un diverso

form finding

, non ancora completamente virtuale, che mediasse gli intenti architettonici con l’ottenimento di una forma resistente. Questo è passato per la realizzazione di un plastico ligneo in scala 1:15 e il suo rilievo per ottenere un modello 3D, da cui sono stati dedotti gli elementi per disegnare la superficie piana dalla quale la superficie curva è stata generata.

Importata la superficie in un programma di calcolo strutturale agli elementi finiti (FEM) e assegnate alle aste e ai nodi le loro caratteristiche fisiche e strutturali, si applicano le deformazioni previste dal progetto per ottenere la forma desiderata. La realizzazione ha previsto l’assemblaggio in piano di una parte della griglia e la “tessitura” in opera della parte restante, secondo una maglia quadrata di 50x50 cm con una doppia schiera di aste di legno di larice italiano con la sezione di 2,5x5 cm. Tutte le giunzioni sono bullonate e reversibili e non si utilizzano prodotti chimici per la finitura superficiale del legno, che sarà protetto solo con oli e cere naturali.

L'Iniziativa FreeGrid per l'Ottimizzazione delle Gridshell

Per testare e confrontare differenti approcci alla progettazione ed ottimizzazione delle gridshell, gli autori di questo articolo sono promotori di un’iniziativa, chiamata FreeGrid, lanciata durante il Simposio Annuale dell’International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) tenutosi a Melbourne nel luglio 2023. La partecipazione è libera e gratuita e offre la possibilità a progettisti e ricercatori di esercitarsi su un benchmark comune al fine di testare, verificare e confrontare sia approcci euristici, basati sull’esperienza del progettista, che progettazioni sempre più avanzate fino all’uso dell’intelligenza artificiale.

FreeGrid è un benchmark sulla progettazione e ottimizzazione di strutture a grigliato curvo (gridshell), che include l'acciaio ma i principi sono applicabili a materiali come il legno. Esso considera tre casi di base assunti come riferimento:

• Volta a botte
• Cupola parabolica
• Paraboloide iperbolico

Tali casi sono accomunati dal fatto di avere parte del bordo non vincolato (free-edge) e sono soggetti sia a una condizione di carico simmetrica che a una asimmetrica. I partecipanti al benchmark sono chiamati a modificare la geometria di base di uno o più casi di riferimento al fine di migliorare (ottimizzare) tre aspetti progettuali principali:

Aspetti Progettuali	Descrizione
Prestazione strutturale	Efficienza e resistenza della struttura sotto carico.
Costruibilità	Facilità e praticità del processo di costruzione.
Sostenibilità	Impatto ambientale del materiale e del ciclo di vita della struttura.

Il peso di questi tre aspetti viene valutato tramite un’unica metrica prestazionale che li include tutti. Se da un lato i partecipanti sono chiamati a rispettare un certo numero di vincoli progettuali, dall’altro sono liberi di considerare qualunque soluzione progettuale li rispetti. Il primo traguardo del benchmark è fissato in occasione del Simposio Annuale IASS2026, quando saranno premiati i partecipanti che risulteranno vincitori della competizione progettuale.

tags: #gridshell #legno #da #costruzione