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Vladimir Šuchov - un pioniere della costruzione leggera
Vladimir Šuchov (1853-1939) è stato uno degli ingegneri più versatili della fine dell‘Ottocento e uno dei precursori della moderna ingegneria strutturale leggera.
Ciò che sorprende più di tutto è la varietà del suo lavoro, che comprende numerose innovazioni in settori diversi fra loro come l'ingegneria meccanica, la costruzione navale, l'ingegneria di processo e la petrolchimica. Šuchov ricevette le basi accademiche per il suo approccio progettuale olistico presso l‘Università Politecnica di Mosca, che disponeva di un programma didattico all‘avanguardia e, oltre a studi completi in matematica e fisica, garantiva una formazione pratica nei propri laboratori. Dopo essersi laureato come ingegnere meccanico, nel 1878 egli entrò a far parte della società di ingegneria di Alexander V. Bari a Mosca. In breve tempo fu promosso ingegnere capo e, dopo la nazionalizzazione dell’azienda nel 1918, ne fu nominato direttore.
Dopo numerose invenzioni da lui brevettate nei campi già menzionati, dal 1890 Šuchov si dedicò alla costruzione e negli anni seguenti sviluppò un gran numero di sistemi costruttivi innovativi che hanno rivoluzionato il settore e aperto la strada alla moderna costruzione leggera. Di seguito si citano brevemente alcuni di questi.
Capriate ad arco irrigidite in trazione
Nel 1890 realizzò la copertura delle gallerie dei grandi magazzini GUM di Mosca, che si affacciano direttamente sulla Piazza Rossa, con una sofisticata struttura portante ad arco: i sottili profili in acciaio a L, che attraversano a semicerchio le gallerie larghe circa 15 metri, sono rinforzati da un sistema ingegnoso. Irradiandoli a ventaglio da ciascuno dei piedritti, Šuchov dispose tre tiranti che impediscono alla volta di cedere in caso di carichi laterali. Con questo accorgimento, le barre possono essere particolarmente sottili, poiché l'arco non si sposta lateralmente anche se il carico è asimmetrico. Da sotto, la struttura leggera del tetto si riconosce solo dal luccichio della filigrana delle barre.
Gusci reticolari
Lo stesso anno ci fu una altrettanto interessante realizzazione: nel 1890 Šuchov progettò la copertura di una stazione di pompaggio a Grozny. Per farlo, dispose uno sopra l'altro a forma di rombo due strati di segmenti circolari composti da profili a Z, creando così il primo guscio reticolare al mondo. Per la copertura ad arco utilizzò nuovamente il sistema di irrigidimento sopra citato; le forze di spinta vengono scaricate tramite tiranti orizzontali. Negli anni successivi la copertura leggera così assemblata divenne un punto di forza della ditta Bari, realizzata in un'ampia varietà di dimensioni e campate. Šuchov fece un ulteriore progresso nel 1897 nella cittadina di Vyksa, dove progettò una sala per un laminatoio: qui la struttura a rete delle barre è disposta su capriate ad arco: il risultato è il primo guscio reticolare a doppia curvatura, realizzato esclusivamente con gli stessi profili in acciaio.
Tetti sospesi
Nel 1895 Šuchov brevettò un'altra costruzione reticolare: due strati di sottili strisce di ferro disposti obliquamente l'uno rispetto all'altro e agganciati a supporti laterali in modo da formare un tetto sospeso. Di conseguenza, le barre piatte sono soggette solo a forze di trazione e possono rimanere particolarmente sottili. L'idea di coprire ampi spazi utilizzando solo elementi soggetti a trazione è ancora oggi uno dei principi più importanti della costruzione leggera. Questa innovativa copertura fu utilizzata per la prima volta alla grande esposizione di tutta la Russia del 1896 a Nižnij Novgorod, dove l'azienda di Bari realizzò molti padiglioni. Con il nuovo sistema di tetti sospesi fu ricoperta una superficie pari a circa 10.000 mq. Un esempio particolarmente impressionante è dato da un edificio rotondo con un diametro di 68 m. Qui furono utilizzati due tipi di tetti sospesi: mentre l'anello esterno, con un diametro di 21,5 m, è coperto da una rete composta da 640 barre piatte, in quello interno viene usata una cupola sospesa in lamiera con uno spessore del materiale di soli 1,6 mm. L’opera può quindi essere considerata una precorritricedelle moderne tensostrutture.
Torri reticolari iperboliche
L‘apice architettonico della grande esposizione russa fu la prima torre reticolare iperbolica al mondo, per la quale Šuchov fece domanda di brevetto nello stesso anno. La torre dell'acqua alta 25,6 metri ed estremamente filigranata, con una piattaforma panoramica sulla sommità, divenne l'attrazione della fiera e fu ammirata dalla stampa specializzata internazionale per la sua costruzione unica: la torsione dei punti di connessione inferiori e superiori delle 80 barre produce un iperboloide a guscio singolo. La geometria apparentemente complessa può essere definita con chiarezza tramite pochi parametri di progettazione. La struttura tridimensionale così generata non è solo altamente efficiente dal punto di vista statico, ma anche economicamente vantaggiosa, in quanto può essere eretta ovunque in modo rapido utilizzando profili angolari leggeri e disponibili in commercio. Inoltre, le costruzioni molto filigranate e simili a ragnatele hanno un forte impatto visivo a cui è difficile resistere.
Negli anni seguenti Vladimir Šuchov eresse più di 200 torri reticolari in tutte le regioni della Russia e delle sue colonie. Si trattava per lo più di torri dell'acqua, che spesso fornivano un gradito tocco di modernità a quartieri dominati da bassi edifici in legno. Ma ebbero anche molte altre funzioni: il nuovo principio costruttivo venne utilizzato per fari, per una torre di avvistamento antincendio e anche come sottostruttura per una stazione radio, come nel caso del lavoro forse più celebre di Šuchov, la torre radiofonica di Šabolovka a Mosca, commissionata da Lenin nel 1917, poco dopo la vittoria sull'Impero zarista, e acclamata come la "tromba della rivoluzione". Il progetto, originariamente assai audace con un'altezza prevista di 350 m, fu però realizzato solo nel 1922 in forma ridotta con un'altezza complessiva di 150 m, a causa della penuria di materiale.
Anche se la Torre Šabolovka è probabilmente l'opera più nota di Šuchov per la storia della sua origine e la posizione nel centro di Mosca, la torre reticolare più imponente si trovava lontano dalle metropoli, nell'oblast di Dzeržinsk, 35 km a sud-ovest di Nižnij Novgorod. Il sistema di quattro tralicci dell'alta tensione eretti a coppie per la società elettrica NiGRES venne progettato a partire dal 1927 e completato nel 1929. Le due torri più piccole avevano tre sezioni iperboloidi impilate l'una sull'altra, mentre le due più grandi ne avevano cinque, il che, contando il braccio orizzontale, portava a un‘altezza totale di oltre 130 m. Quest‘altezza era necessaria per distendere per 970 m i cavi a 110 kV oltre l'Oka, un potente affluente del Volga, fino alla sponda opposta. Dopo lo smantellamento della linea ad alta tensione e il crollo delle due torri più vicine al fiume, oggi solo una delle due torri maggiori rimane intatta.
L'eccezionale importanza dell'opera è dovuta principalmente al suo progetto costruttivo. Lo si vede nella coerente chiarezza dei punti di connessione e nell'affascinante leggerezza della struttura portante. Anche l'innovativo processo di assemblaggio con il metodo telescopico, previsto già durante la progettazione delle singole sezioni, mostra la grande maestria del suo costruttore: le varie sezioni sono state montate all'interno della prima e poi sollevate in posizione per mezzo di gru. Con il suo aspetto più armonioso e l‘insuperabile leggerezza, la Torre Nigres rappresenta un’ulteriore evoluzione della Torre Šabolovka. Dopo oltre tre decenni di esperienza con le nuove strutture, con le torri sull'Oka Šuchov raggiunse l'apice della sua carriera.
Processi di progettazione
I metodi per la costruzione leggera sviluppati da Šuchov si distinguono per due caratteristiche essenziali: un utilizzo minimo di materie prime, requisito indispensabile nella Russia di fine Ottocento, nonché alti livelli di razionalizzazione ed economia nei processi di progettazione e assemblaggio.
A differenza di altre costruzioni in acciaio dell'epoca, dove i singoli elementi sono per lo più differenziati e disposti in base ai loro carichi statici, per le sue costruzioni leggere Šuchov utilizza generalmente strutture reticolari, composte sempre da elementi sottili e lineari. Questo permette di trasportare con facilità gli elementi su lunghe distanze e di assemblare le barre prefabbricate unendole sempre allo stesso modo nei punti di connessione. Le strutture reticolari assicurano inoltre anche un certo grado di ridondanza.
L‘elevata efficienza progettuale si manifesta anche tramite una forte razionalizzazione dei processi: nella progettazione delle torri viene usato una sorta di metodo parametrizzato analogico. Utilizzando tabelle precompilate, nella planimetria si possono studiare gli angoli di rotazione appropriati per una determinata posizione a seconda dell'altezza della torre e del carico. Da questo si possono poi derivare tutti gli altri dati geometrici. Šuchov può quindi essere visto non solo come un pioniere della moderna costruzione leggera, ma anche del design parametrico.
Il suo approccio olistico alla progettazione e la sua ricerca di un uso minimo dei materiali sono oggi più attuali che mai.