I materiali da costruzione, ad oggi sono 5. Legno. Pietra. Laterizio. Acciaio. Calcestruzzo. Essendo materiali che si trovano in natura, il legno e la pietra sono stati i primi materiali utilizzati dall’uomo. Laterizio, metallo, e calcestruzzo, sono arrivati in epoche successive, con l’evoluzione dello studio e della scienza.

In futuro -ne siamo certi- si scopriranno altri materiali. Ma per oggi sono questi, e con essi dobbiamo sempre fare i conti. Non in senso figurato, ma in senso tecnico e in senso economico.

In senso Tecnico, essendo necessario eseguire dei calcoli precisi sotto il profilo statico della costruzione in progetto.

In senso Economico, perchè naturalmente, il costo per l’utilizzo di questi materiali varia, dall’uno all’altro.

Pietra

L’uso della pietra tra i materiali da costruzione risale a tempi antichissimi. In epoca preistorica l’uomo imparò ad erigere strutture gigantesche, per mezzo di grossi blocchi appoggiati semplicemente l’uno sull’altro. Tra i più interessanti e antichi vanno ricordati i dolmen, lastre a volte gigantesche, poste come trave sopra due massi verticali, con funzioni di pilastro.

Più tardi, quando si ebbero a disposizione utensili di metallo, si iniziò a tagliare la pietra secondo forme precise. Questo permise di far combaciare diversi elementi, dando luogo a vere strutture murarie.

Le grandi civiltà antiche usarono la pietra con tecniche ed intenzioni estetiche. Con risultati diversi, in base alle rispettive condizioni ambientali e sociali.

In Egitto si erigevano monumenti con enormi blocchi perfettamente squadrati.

I greci del primo periodo architettonico, usavano massi di grandi dimensioni, sommariamente sbozzati. Cercavano principalmente solidità e robustezza. Si pensi alla Porta dei Leoni a Micene.

Presso i romani l’uso della pietra assunse aspetti diversi nel corso dei secoli. All’inizio fu usata prettamente per scopi strutturali. Poi, quando il laterizio divenne il principale materiale strutturale, la pietra diventò un materiale da rivestimento. Nel terzo periodo -tardo impero- la pietra divenne un pregiato materiale decorativo, con lavorazioni dei marmi più pregiati, e che si prestavano a una raffinata lavorazione.

Con le cattedrali gotiche francesi, costruite tra il XII e il XIV secolo, l’uomo costruttore ha raggiunto la massima conoscenza. Non solo tecnica, ma anche spirituale, realizzando dei veri e propri Organismi di pietra.

Uso della pietra

In ogni zona si riscontra un particolare uso della pietra. Talvolta, totalmente diverso da quello delle zone più vicine. Per la scelta del tipo, la sua lavorazione, e la sua messa in opera.

Dove esiste coscienziosità nell’uomo, la scelta del tipo di pietra può essere dettato dalla presenza di un edificio antico, o importante. Se questo è realizzato con un dato tipo di pietra, questa sarà usata anche nel contesto circostante, per inserimenti progettuali che non turbino un preciso equilibrio ambientale.

È necessario infatti che chi vuol creare della buona edilizia, tenga sempre presenti i dati di fatto ambientali. Non è un precetto. Avendo presente l’ambiente, si può anche decidere di agire in maniera del tutto opposta. Ma lo si farà con piena consapevolezza di violare antiche consuetudini. L’importante, è di non discostarsi per il banale motivi di apparire diversi e originali. Neppure per assecondare in tutto, i bizzarri desideri di un committente.

Il discorso, naturalmente, non vale solo per la pietra, ma per qualsiasi materiale.

Legno

La capanna dei popoli primitivi, rappresenta la più antica struttura costruttiva. In essa di distinguono gli elementi portanti in legno, da quelli di riempimento: paglia, fango, frasche.

È difficile tracciare una storia di questo materiale da costruzione, perchè a differenza degli altri esso non dura nei millenni. Non si hanno testimonianze archeologiche sufficienti.

Si sa che gli Egizi avevano il legno tra i materiali da costruzione, e che i primi templi greci erano fatti con questo materiale. Anche Roma aveva un’edilizia lignea, e questo è testimoniato dai numerosi incendi che ne hanno caratterizzato la storia urbana.

La Casa a graticcio che a Ercolano si è recuperata, mostra un’antica tecnica costruttiva, chiamata Opus Craticium da Vitruvio. Essa consisteva nel riempire in modo irregolare le strutture rettangolari in legno, con muratura o calcina.

L’elemento senza dubbio più interessante nelle strutture lignee romane, era la capriata. Il suo uso fu sempre più frequente, sino a diventare rappresentativo dell’architettura nei primi secoli del Cristianesimo.

Anche nelle cattedrali gotiche, tra i materiali da costruzione c’è il legno. Usato per la necessità di ridurre i carichi verticali sulle strutture.

In Europa

Naturalmente, questo materiale era molto diffuso nelle regioni ricche di boschi. Nei paesi del nord Europa la produzione edilizia lignea è sempre stata notevole.

In Inghilterra, le prime costruzioni in legno erano realizzate con pali piantati verticalmente, da terra al tetto, e accostati l’uno all’altro. Poi, l’uso sempre più massiccio del legname come combustibile, portò a una difficoltà di reperimento, e la necessità di economizzarne l’utilizzo edile.

Le palizzate vennero così sostituite con i pannelli quadrati, che costituivano il telaio. Questo veniva riempito con rami intrecciati e rivestiti di argilla o gesso. Tipiche le costruzioi del periodo Tudor.

La Germania ha preferito il legno nelle costruzioni, sin dal medioevo. In quel paese esistevano numerose maestranze altamente specializzate.

In Asia

Cina e Giappone, le due principali culture architettoniche orientali, hanno sempre dato al legno un posto di primaria importanza, tra i materiali da costruzione.

In Cina la tecnologia era alquanto complessa, fondata su tecniche di curvatura del legno, e l’applicazione di sezioni standard, quasi una prefabbricazione ante litteram. Sia per le travi, che per gli elementi di giunzione.

Il Giappone è tormentato dai terremoti. Le strutture in legno, leggere e non affondate nel terreno, si sono dimostrate abbastanza efficaci nel risolvere gli aspetti strutturali a carattere anti-sismico.

In America

Architetti

L’architetto moderno che più di ogni altro ha compreso la funzione del legno tra i materiali da costruzione, è il finlandese Alvar Aalto. Egli riuscì a coniugare le istanze del razionalismo di inizio ‘Novecento, con l’esigenza di mantenere vivi i contatti con la cultura e la tradizione del proprio paese.

Lamellare

Nei tempi più recenti, grazie allo sviluppo di adesivi sempre più tenaci, si è assistito al passaggio dal legno massiccio al legno lamellare. In passato esistevano tecniche a secco per aumentare la luce copribile con un’unica trave in legno: si fissavano una sopra l’altra più travi massicce, con l’uso di chiodi e ganci vari.

Oggi si fissano a colla vari strati di legno selezionato, rispettando precise norme tecniche. Si possono ottenere strutture per coprire con un’unica tratta, interi palazzetti dello sport.

Strutture in legno, un tempo inimmaginabili.

Prevenzione incendi

Contrariamente a quanto si immagini, tra i materiali da costruzione il legno è quello che garantisce maggior sicurezza a persone e cose.

Le strutture in metallo non sono attaccate dal fuoco, ma, il raggiungimento di una data temperatura porta allo snervamento. Lo snervamento (che corrisponde alla perdita della resistenza fisica alle sollecitazioni) porta al crollo immediato, senza alcun preavviso.

Il legno è attaccato dal fuoco, ma: solo sulla superficie esterna. Spento l’incendio, e tagliata via la superficie bruciata, l’interno di una trave in legno è ancora perfetto. Possiede ancora tutte le caratteristiche meccaniche. L’unico limite, naturalmente, è dato dalla riduzione della sezione utile. Una trave con sezione 14×24 porta un peso; una sezione 10×20 ne porta un altro.

Bisogna tenere ben presente che l’aspetto sicurezza in caso di incendio (analogamente all’anti-sismico), non é (!) l’incolumità dell’edificio, ma l’incolumità delle persone! Quindi, in caso di incendio, una struttura in legno offre molto più tempo agli occupanti, per uscire, e ai vigili del fuoco per intervenire all’interno dell’edificio in fiamme. Inoltre, il legno, quando sta per raggiungere il suo limite di resistenza, inizia a scricchiolare, avvisandoci. Il metallo no. Collassa e crolla, fine.

Laterizio

L’uso del laterizio non risale alla notte dei tempi, come per la pietra e il legno. Ma è comunque millenario. Ricerche archeologiche fanno risalire l’uso del mattone di argilla non cotta, al neolitico, collocabile al 6.000 a.C. La ziqqurat di Ur si ritiene possa risalire al 2300 a.C., ed ha una struttura in mattoni cotti.

Il suo utilizzo si sviluppò nelle regioni che per caratteristiche geologiche, presentavano una carenza di materiale lapideo. Inoltre, anche nelle zone in cui esso era presente, esisteva sempre un’edilizia minore, alla quale si destinava il materiale meno pregiato.

In Egitto si faceva largo uso del mattone crudo (sempre per l’edilizia minore). L’uso del mattone cotto si diffuse lungo il Nilo con l’occupazione da parte dei Romani (30 a.C.). Gli stessi Romani, avrebbero appreso dagli Etruschi la tecnica della cottura di mattoni in formato standard. Tra il 200 e il 100 a.C. i Romani raggiunsero un’elevatissima abilità nella produzione dei laterizi. Soprattutto per scopo decorativo.

Con la fine dell’Impero Romano (476 d.C.), la tecnica del laterizio e del mattone fu ripresa a Bisanzio, che la mantenne su alti livelli, influenzando poi l’architettura europea del medioevo. I Bizantini arrivarono a produrre diversi tipi di mattoni, con diverse colorazioni, miscelando diversi impasti, con diversi tempi di cottura. Le diverse tonalità venivano usate per realizzare trame e disegni particolarmente raffinati.

Il Rinascimento sembrò quasi disprezzare questo materiale, salve alcune eccezioni.

Un ritorno all’apprezzamento del laterizio e del mattone, si ebbe in età barocca (tra 1600 e 1700).

Con la Rivoluzione Industriale e l’urbanesimo che generò, il mattone servì per il motivo pratico della rapidità esecutiva nella costruzione delle numerosissime nuove abitazioni, necessarie.

Nello stesso periodo sorse la tendenza degli architetti a riprendere grandi stili del passato. Si ebbero così nell’800 il neogotico e il neoromanico, che suscitarono molto interesse per le costruzioni in mattoni.

Anche il periodo razionalista, tra le due guerre mondiali del ‘900, fece un largo uso del mattone nell’edilizia popolare.

Dopo la seconda guerra mondiale, molti architetti del panorama italiano usano questo materiale da costruzione. Residente in Svizzera per costantemente operante nel nord Italia è Mario Botta, che anche a Padova ha lasciato una sua opera: il Fiore. Opera rivestita in laterizio.

Naturalmente, anche oggi il mattone è largamente usato nelle costruzioni. Ma raramente c’è la volontà di comprenderne a fondo le numerose, e non ancora del tutto sfuttate potenzialità formali.

Negli ultimi trent’anni (1990-2020) a Padova, è stato possibile osservare un lodevole rispetto di quel principio legato al mantenimento dell’equilibrio ambientale. Una rigenerazione urbana nell’area compresa tra la Fiera e l’incrocio Stanga. Quattro importanti interventi edilizi hanno utilizzato lo stesso materiale nei rivestimenti esterni: il laterizio. Il primo a sorgere, ha dettato la regola. Gli altri tre, lo hanno rispettato.

Metallo

Metalli non ferrosi

I metalli non ferrosi, come rame, bronzo, ottone e piombo, hanno trovato applicazione dai tempi più antichi. Per quelli ferrosi l’uso effettivo nelle costruzioni risale solo alla metà del XVIII° secolo; in opere idrauliche, rivestimenti, coperture, e più raramente in elementi strutturali.

Il prima metallo usato dall’uomo è il rame. Lavorato in Egitto già nel 5000 a.C., fu sin da allora usato prevalentemente nelle coperture.

Poi si aggiunse lo stagno al rame, ottenendo il bronzo. Questo fu usato soprattutto da Greci e Romani. In epoca moderna, il bronzo non è molto utilizzato tra i materiali da costruzione.

I metalli non ferrosi sono usati per elementi ornamentali, e nell’impiantistica.

Metalli ferrosi

Solo in epoche più recenti si è iniziato a usare il metallo per le strutture di edifici. A questo scopo si usano i metalli ferrosi: ferro, ghisa, acciaio.

Il ferro è conosciuto dall’uomo da circa 6000 anni. Entrò nei cantieri alla metà del XVIII° secolo, quando in Inghilterra Abraham Darby sostituì il carbone vegetale con il carbon fossile, nel processo di fusione del ferro.

Ciò rese possibile utilizzare forni più alti ed efficienti. Da quel momento si iniziano a produrre barre, pilastri, putrelle, a livello quasi industriale.

Ponti

Tra il 1775 e il 1779 fu costruito a Coalbrookedale, sul fiume Severn, il primo ponte in ferro. Costituito da cinque nervature ad arco, per 31 metri di luce.

Ogni nervatura è costituita da 2 semiarchi, poi fusi assieme in un unico pezzo.

Quello dei ponti, è il settore nel quale maggiormente si sviluppano esperienze sull’uso del ferro nelle costruzioni. Nel 1801 Thomas Telford progettò un ponte sul Tamigi, composto da un’unica arcata in ghisa, di oltre 180 metri. La struttura non fu realizzata per l’impossibilità di espropriare i terreni, dove avrebbero dovuto essere posizionate le spalle del ponte. Tecnicamente, però, l’opera era realizzabile.

Art Nouveau

Alla fine dell’Ottocento si diffonde in Europa il fenomeno artistico chiamato Art Nouveau. Gli architetti del Belgio in modo particolare, produssero opere con il ferro lasciato in vista. Il più conosciuto è Victor Horta, che realizzò la Casa del Popolo di Bruxelles.

Acciaio

Parallelamente allo sviluppo dello scheletro strutturale in ferro e ghisa, si approfondiscono le esperienze nella tecnologia dell’acciaio.

Vale la pena ricordare le cupole geodetiche in elementi modulari ripetibili, di Richard B. Fuller; e le ricerche sul giunto, eseguite da Konrad Wachsmann, il profeta dell’architettura infinita.

Calcestruzzo

Il calcestruzzo, tra i materiali da costruzione, era conosciuto dai Romani già dalla fine del III° sec. a.C.. Era ottenuto con la pozzolana, una pietra appartenenti ai tufi vulcanici. Il nome deriverebbe dalla principale località di estrazione dei Romani: Pozzuoli.

In un primo tempo usavano il calcestruzzo per fondazioni e basamenti. Poi iniziarono e usarlo per riempire l’interno dei muri di grande spessore, che venivano rivestiti in pietra. In calcestruzzo furono costruite le volte e le cupole dei più famosi monumenti romani, come la basilica di Massenzio.

Molti turisti lasciano Roma convinti che molti monumenti visti abbiano una struttura in mattoni. Mentre in realtà la struttura è in calcestruzzo, e i mattoni sono solo un rivestimento.

Dopo l’alta considerazione che i Romani ebbero per questo materiale da costruzione, fu del tutto dimenticato per secoli.

Esso fu riscoperto intorno alla metà dell’Ottocento, dai progettisti che svolgevano le prime esperienze sul cemento armato.

La prima esperienza concreta, a distanza di secoli dai Romani, avvenne nel 1774 ad opera dell’ingegner John Smeaton, che costruì il faro di Eddystone usandolo come legante per le fondazioni.

Nel 1824 Joseph Aspdin realizzò il primo agglomerante idraulico: il cemento Portland. Nello stesso anno Aspdin brevettò il cemento artificiale. Sull’origine del nome Portland esistono diverse teorie, ma tutte riconducibili a un collegamento con l’omonima località inglese.

Verso la metà dell’Ottocento si iniziarono i tentativi di collegare il cemento al ferro, per dare a questo materiale da costruzione una certa resistenza alla trazione, che per sua natura non avrebbe. Ad ottenere i risultati più significativi fu il francese Joseph Monier.

Gli succede François Hennebique, stessa nazionalità, che nel 1888 realizza il primo solaio in cemento armato con tondini di ferro.

Nel 1897 si realizza il primo importante edificio, interamente incemento armato: la chiesa di Saint Jean de Montmartre, progettata da Anatole de Baudot.

Dopo cinquant’anni di esperimenti altrui, Auguste Perret li raccoglie tutti, condensandoli e dando il via alla scuola costruttiva francese moderna. Egli si allontana con questo materiale da ogni carattere gotico, preannunciando le opere del suo massimo allievo: Le Corbusier.

Dai primi del Novecento anche alcuni architetti americani iniziano ad usare il cemento armato. Frank Lloyd Wright realizza la chiesa Unitaria di Oak Park a Chicago.

Sulla scia di Maillart si approfondiscono le ricerche per strutture in cemento armato a lastra e a reticolo. Scopo dei progettisti, è risolvere il problema delle grandi coperture. L’ingegnere spagnolo Eduardo Torroja porta avanti lo studio del cemento armato precompresso, aprendo la strada alle coperture a guscio a grande sbalzo.

In Italia, Pier Luigi Nervi studia soluzioni per il massimo sfruttamento delle capacità del cemento armato, e introduce il concetto di prefabbricazione strutturale.

Durante il Novecento, alcuni famosi architetti internazionali fanno uso del cemento armato per strutture organiche, con forme arrotondate.

Negli anni Dieci del Duemila, l’evoluzione è stata per lo più normativa e tecnica: sicurezza contro gli eventi sismici.