Breve Storia dell'Ingegneria (riassunta da una Donna senza laurea, LOL)

Antefatto: se non fossi stata sminuita su youtube da un tale che sosteneva che "io e altri eravamo invidiosi del suo titolo di laurea" 😂, non mi sarei granché interessata all'Ingegneria. Già qualche anno fa avevo dato un'occhiata alle materie STEM, più per la faccenda del divario di genere, che non perché volessi davvero avere una bibliografia a tema divulgazione scientifica. 

Avevo visto, preso atto che la percentuale delle donne che si dedica all'Ingegneria è davvero molto bassa, e transitato altrove, come si suol dire.

Almeno fino a che tizio (che, per dovere di cronaca, dopo le mie risposte argomentate, ha corretto il tiro delle sue affermazioni) non mi ha inzigato con questa storia della laurea in ingegneria, e così, io, unicamente per Orgoglio 😁, come direbbe Mirandolina, "mi ci sono messa di picca"  

e in un mese di full immersion ho appreso un bel po' di roba sulla storia dell'Ingegneria. 😀

Insomma, Piccola Emma Strada cresce.

Perché se progettare ponti con i calcoli necessari non è alla portata di tutti (e a me non interessa diventare Costruttrice di Ponti), una storia dell'Ingegneria su ponti e grattacieli, dighe e miniere è alla portata di tutti. 

Perlomeno è alla portata di chi, come me, non tollera assolutamente di essere sminuita  😡 (e lo avevo già dimostrato qui https://intervistemetal.blogspot.com/2024/05/galbraith-recensito-da-una-no-business.html) perciò sì, mi sono fatta una cultura pure su questo.

E infatti sto già preparando diversi scritti sull'argomento (su bibliografia di Sua Maestà Mario Salvadori 😉, eh sì, sturatevi le orecchie, classisti, sono partita proprio da Mario Salvadori... insomma, le fondamenta le edifichiamo fin dal principio in maniera solidissima! Tipo cemento armato lunariale 😁😂) 

dove dimostrerò a tutti che se mi gira il ticchio divento Bibliomane anche in Storia dell'Ingegneria! 😘

i miei primi schemini in Ingegneria 😁

Info tratte da

Pagina 22

"L'Ingegneria è fondamentalmente un'arte democratica, uno strumento di civilizzazione destinato a servire il popolo intero. Analogamente, la sua crescita esige l'appoggio della massa."

CAPITOLI I-II-III-IV-V

Il termine "ingenieius" da cui deriva "ingegnere" nel XIII secolo identificava colui che, operando con ingegno, inventava e costruiva macchine. L'antenato del moderno ingegnere meccanico fu il costruttore di mulini.

Il prototipo degli ingegneri, il maestro costruttore, era già presente nelle civiltà antiche: in Mesopotamia, Hammurabi era re e direttore dei lavori ingegnistici, e il costruttore era detto "Batu"; gli Assiri guidati da re Sennacherib realizzarono l'acquedotto di Jeruan che convogliava acqua limpida e montana dalle colline del monte Tas a Ninive. Babilonia era famosa ovunque per i suoi favolosi giardini pensili. 

In Egitto il nome di Imhotep fu divinizzato: capo dei sacerdoti, medico-mago, direttore di tutti i lavori del faraone, mentre un certo Uni ebbe come compito il sovrintendere alle terre irrigate.

Ineni e Senmut furono due nobili capi dei lavori della XVIII Dinastia e si dedicarono agli obelischi. 

I Greci coniarono il titolo di "Architekton", cioè "super-artefice" delle arti pratiche dette "Tektonia": Crate da Calcide fu molto stimato come perito nello scavare miniere e gallerie.

L'autore romano Vitruvio, il cui "De architectura" pervenne fino a noi, disse che era consuetudine dei Greci affidare i loro lavori a capicostruttori di buona famiglia. Uno dei più antichi Architekton della galleria fu Eupalino di Megara.

Benché vivessero in case semplici, i Greci costruirono alcuni dei più splendidi tempi ed edifici, utilizzando soltanto pilastri, trave o architrave, che ebbero il loro apice nei periti costruttori Mnesicle e Ictino.

Un altro campo dell'ingegneria dove i Greci fornirono il loro contributo fu l'urbanistica: tra i primi a farne pratica fu Ippodamo.

Altri nomi importanti furono Cleone, Archimede ed Erone; ma furono i Romani ad essere considerati i più grandi fra gli ingegneri antichi, per le loro strade, ponti e acquedotti sparsi per il mondo. 

La mentalità romana era pratica: gli Agrimensores erano i geometri dei terreni, i Libratores erano i livellatori, i Mensores i misuratori, l'aquelegus si occupava degli acquedotti, il viarum curator era il sovrintendente delle strade. L'Architectus era il titolo romano riecheggiante l'Architekton greco.

Fu Appio Claudio l'ingegnere che diede il suo nome a due opere storiche romane: la via Appia e l'acquedotto Appio. Fu poi sotto la direzione di Agrippa che vennero costruiti a Roma due nuovi acquedotti: l'Aqua Iulia e l'Aqua Virgo. 

Durante il regno di Nerva, Frontino venne nominato direttore del rifornimento idrico di Roma; purtroppo però non abbiamo il nome di chi progettò l'acquedotto di Segovia.

Con Adriano viene data una notevole spinta al progresso delle costruzioni romane, tanto che in poco più di venti anni del suo splendido regno furono fra i più importanti per l'architettura.

Col termine "ingenium" al tempo di Tertulliano, si indicavano "gli ingegni di guerra", le catapulte.

CAPITOLO VI

Nel Medioevo sorge l'ingegneria militare, con l'invenzione di diversi apparecchi per lanciare pietre, proiettili infuocati come la catapulta, il trabucco e la balista, mentre da parte del movimento religioso viene la spinta per l'erezione delle cattedrali gotiche. 

I mulini ad acqua trovarono nuove applicazioni: nacque il mulino a vento.

Sono pochi i nomi che ci sono giunti dei maestri nell'arte muraria che fabbricarono castelli e fortezze: uno di loro fu Ailnoth, direttore delle costruzioni a Westminster e del castello di Windsor. 

Villars de Honnecourt, in attività intorno al 1230, si dedicò a problemi di misurazione come la valutazione della larghezza di un corso d'acqua senza attraversarlo.

CAPITOLO VII

Durante il Rinascimento la figura dell'ingegnere si identificò con quelle dell'architetto e del meccanico.

Le conoscenze venivano tramandate sotto forma di trattati, in pregiosi manoscritti corredati da apparati iconografici pieni di palazzi e macchine belliche.

Leonardo da Vinci resta il protagonista principale del sapere tecnico rinascimentale  ma vi furono molti altri ingegneri: Mariano di Iacopo, detto il Taccola, che si formò alla bottega di Iacopo della Quercia e scrisse due trattati: il De Ingeneis e il De Machinis, Francesco di Giorgio (che ci lasciò quattro opere), Vannoccio Biringuccio (che si occupò di metallurgia e pirotecnica), Baldassarre Peruzzi (che si occupò di dighe)

ALTRO APPROFONDIMENTO SULL'INGEGNERIA NEL RINASCIMENTO

Tratto da

Pagina X

"Anche se quasi tutti gli scienziati del Seicento hanno studiato all'università, sono pochi i nomi di scienziati la cui carriera si sia svolta per intero o prevalentemente all'interno dell'università. Le università non furono al centro della ricerca scientifica. La scienza moderna nacque al di fuori dell'università, spesso in polemica con esse e si trasformò nel corso del Seicento e più ancora nei due secoli successivi in un'attività sociale organizzata in grado di darsi sue proprie istituzioni."

Pagine 35-36-37

Nel 1580 Bernard Palissy in polemica contro i professori dell'università si domandava: "è possibile che un uomo possa giungere alla conoscenza degli effetti naturali senza aver mai letto libri scritti in latino?" Palissy era un apprendista vetraio che era diventato famose per le sue innovazioni nel campo della ceramica. Progettò anche delle macchine che però non riuscì a costruire e morì alla Bastiglia sul finire del '500. Tempo dopo divenne famoso un testo sul magnetismo scritto da Robert Norman, un marinaio che dopo vent'anni trascorsi sulle navi si era dedicato alla costruzione e commercio delle bussole. Norman descriveva se stesso come "matematico non istruito" e raccolse una gran quantità di osservazioni nel corso della sua vita. Nel "De tradendis disciplinis" (1531) Juan Luis Vives, che pure era un uomo alla corte inglese, invitava a occuparsi di macchine, di tessiture, di agricoltura e navigazione: l'uomo di lettere doveva entrare nelle officine e nelle fattore, imparando dagli artigiani; per Vives la scienza della natura non era monopolio di filosofi e dialettici.

In quel periodo, diversi testi del '500 che riprendevano testi classici si rivolgevano al pubblico degli artigiani; per esempio Jean Martin tradusse per gli operai (che non comprendevano il latino) in francese i trattati sull'architettura di Vitruvio. Rivius che presenta Vitruvio in tedesco, si rivolge ad artigiani, scalpellini, architetti, tessitori.

Pagina 38

Nel '400 e nel '500 si leggono soprattutto le opere di Euclide, Archimede, Erone, Vitruvio e la letteratura di questo periodo produrrà soprattutto trattati di carattere tecnico: i trattati sulle macchine di guerra  di Konrad Keyser, le opere sull'architettura di Leon Battista Alberti, del Filarete, di Giorgio Martini, il libro sulle macchine militari di Roberto Valturio da Rimini, i trattati di Dürer sulle geometria descrittiva e le fortificazioni, la Pirotechnia di Vannoccio Biringuccio, l'opera sulla balistica di Niccolò Tartaglia (Nota di Lunaria: altro matematico nato povero, con un grave problema alla mandibola causatogli da una sciabolata che gli impediva di parlare correttamente e che fu autodidatta in matematica), i trattati di ingegneria mineraria di Giorgio Agricola ("De Re Metallica", "De ortu et causis subterraneorum"), i libri sulla Meccanica di Stevinus, i trattati di navigazione di Hariot e Hues. Ci si dedica alla progettazione di macchine, strumenti bellici di offesa e difesa, lo studio di fortezze, canali, dighe, estrazioni dei metalli.

Pagina 40

Nel Trecento l'arte era considerata un'attività manuale. Quasi tutti gli artisti del primo '400 erano o erano nati in famiglie di artigiani, contadini: Andrea del Castagno era figlio di un contadino, Paolo Uccello di un barbiere, Filippo Lippi di un macellaio, i Pollaiolo, come dice il nome, di un venditore di polli.

Scultori e architetti erano membri delle corporazioni minore di muratori e carpentieri, mentre i pittori erano classificati nelle corporazioni maggiore di medici e speziali insieme ad imbianchini e macinatori di colori. Era nelle botteghe che si iniziavano i lavori manuali come la macinazione dei colori e la preparazione delle tele.

è nella metà del '500 che i lavori di tipo artigianale non appaiono più adatti "allo status dell'artista". 

Per altri approfondimenti vedi anche:

LE DONNE LAVORAVANO NEI CANTIERI?

Sì. Per approfondimenti suggerisco di leggere "La Donna al Tempo delle Cattedrali". Le donne lavoravano come muratrici nei cantieri per l'edificazione delle cattedrali.

Per quanto riguarda "Storia dell'Ingegneria" a pagina 142 si parla di seicento donne assoldate, insieme a dieci\dodicimila operai, per la costruzione del Canal du Midi (iniziato nel 1666)

 

Le più grandi invenzioni dell'ingegneria sono state acquistate dopo l'esperienza, con tentativi ed innumerevoli errori, piuttosto che come sforzi per trovare applicazioni di una anticipata conoscenza delle leggi naturali; del resto, i primi costruttori medievali delle immense cattedrali gotiche, erano artigiani.

CAPITOLO X

Hubert Gautier è ricordato per i due libri scritti, di cui uno, "Traité des ponts" (1716) rimase un'opera di riferimento per la costruzione dei ponti.

Il libro (che mette in guardia gli ingegneri dagli imprenditori che spesso non pensano che ad arricchirsi a spese del re) portò allo sviluppo della meccanica strutturale.

Il XVIII segnò il progresso anche nella meccanica e nelle macchine per liquidi: Henri Pitot è ancora onorato come inventore del "Tubo di Pitot" e per i suoi studi verso l'efflusso dell'acqua nei fiumi e nei canali.

Pitot scrisse diversi volumi anche sulla manovra delle navi, delle pompe, e si occupò anche del drenaggio delle paludi.

Pitot fu il primo di una serie di illustri idraulici francesi, come Chézy, Darcy e Bazin; dopo Pitot, menzioniamo Bélidor il cui "Architecture hydraulique" costituisce uno dei più importanti testi ingegneristici dell'epoca, con oltre 200 splendide incisioni.

Per quanto riguarda gli studi di ponti con archi di pietra a distinguersi fu Perronet, che a Neuilly progettò un ponte di cinque arcate con campate di 36,6 metri e frecce di 9,15 (purtroppo rimosso nel 1956); l'altro capolavoro di Perronet fu il Pont de la Concorde che Perronet vide concluso quando era già molto anziano: lo vide finito nel 1791, guardandolo da una casa prospiciente la sua opera.

CAPITOLO XI

Sotto il dominio romano in Inghilterra erano state compiute numerose opere ingegneristiche ma le conoscenze andarono perdute; fu solo dopo la conquista normanna nel 1066 che si affermò il romanico inglese "ad arco tondo".

Fu durante il regno di Elisabetta I che ebbe inizio l'insegnamento dell'ingegneria: nacque la prima scuola inglese per agrimensori-matematici.

Myddelton costruì il suo famoso rifornimento idrico per Londra e fu iniziato il prosciugamento delle paludi.

Alcuni dei primi pionieri dell'ingegneria inglese cominciarono la loro carriera come fabbricanti di mulini: Brindley, per esempio, fu un fabbricante di mulini non istruito proveniente da una famiglia povera, esattamente come Rennie; Telford fu muratore mentre il padre dell'era delle ferrovie, George Stephenson fu un lavoratore carbonaio che imparò a leggere e scrivere dal figlio.

 

John Smeaton progettò il faro di Eddystone intagliando nelle rocce affioranti i letti per le pietre di fondamenta. La "Torre di Smeaton" fu modellata "come il tronco inferiore o fusto di una vecchia quercia" a sezione circolare e di diametro decrescente.

La luce fu accesa per la prima volta nel 1759.

A distinguersi nella progettazione di ponti furono Edwards, Labelye e Mylne.

Fu il vapore la vera rivoluzione del '700: il primo ad utilizzare il vapore fu un semplice operaio, Thomas Savery che si interessò di drenare i pozzi nelle miniere della Cornovaglia: il suo apparecchio fu una pompa a vapore brevettata nel 1698, che consisteva in un cilindro munito di valvole battenti, precedentemente riempito col vapore di una piccola caldaia.

Furono Newcomen, Boulton e soprattutto Watt a migliorare quanto fatto da Savery. Watt sviluppò una motrice a bassa pressione con condensatore che rimase come modello per tutto il XIX secolo (prima di Watt, il consumo di combustile era altissimo: si impiegavano tredici tonnellate di carbone al giorno!)

Abituati alle strade odierne, è difficile, per noi, pensare che due secoli fa le strade erano quasi intransitabili!

Uno dei pionieri nello studio delle strade fu Metcalf, che divenne costruttore di 290 chilometri di prime strade con pedaggio!

John Loudon McAdam inventò un vero e proprio metodo moderno di costruzioni stradali, che prese il suo nome: le strade "macadamizzate" sono composte da strati di pietre frantumate.

A fare concorrenza a McAdam fu Telford, un giovane nato in una capanna di fango e stoppia da una coppia di pastori in Scozia. Nel 1782 partì per Londra per studiare disegno e architettura.

Sotto la direzione di Telford vennero costruiti 1470 chilometri di strada e 1200 ponti!

Telford impiegò pietre piatte disposte sulla costa ed incuneate fra loro, formando una base solida e compatta per una copertura di pietrisco e ghiaia, nota come "Base alla Telford".

Telford fu anche tra i primi ingegneri a costruire ponti in ghisa.

CAPITOLO XII

A partire dal XIX secolo divenne più chiaro che industria e ingegneria si stavano sviluppando con caratteristiche diverse in Europa e negli Stati Uniti.

L'Inghilterra era il Paese più avanzato, seguito da Francia e Germania che però furono lenti a cambiare, visto che la loro tradizione ingegneristica era stabilizzata da tempo.

L'Inghilterra, inoltre, era una potenza colonizzatrice e i suoi banchieri finanziarono lavori in tutto il mondo, specialmente le ferrovie.

Nessuna opera ingegneristica, però, fu più complessa dello scavare gallerie. Le grandi gallerie terrestri richiedono lunghe lotte contro la pressione dell'acqua e delle rocce, mentre i lavori subacquei devono evitare gli allagamenti.

La prima galleria subacquea sotto il fiume Tamigi  a Londra venne progettata da Brunel, anche se non fu facile (il fiume allagò la galleria) e il progetto fu abbandonato per sei anni.

La tecnica ad aria compressa fu inventata da Cochrane, che la brevettò nel 1830: da tempo si sapeva che l'aria poteva mantenersi sotto una coppa capovolta sommersa o un recipiente a forma di campana; era stato osservato che a mano a mano che la campana veniva affondata, la crescente pressione dell'acqua comprimeva l'aria. L'elemento principale di Cochrane fu la "chiusa pneumatica", una piccola anticamera d'entrata nello scomparto che chiudeva fuori un'area dall'aria operante sotto pressione, con due porte, una per estremità. Dopo che l'uomo era entrato nella chiusa, si serrava la porta esterna e si apriva la mandata d'aria. Quando questa aveva raggiunto la pressione interna, veniva aperto l'altro passaggio verso la zona di lavoro.

Il figlio Stephenson, Robert, ingegnere come il padre, e il figlio di Brunel furono famosi costruttori di ponti. 

Brunel il Giovane progettò il Great Western, un gigante di 2300 tonnellate!

Lindley, Haywood e Bazalgette furono invece i pionieri dei sistemi fognari moderni, in un periodo dove le epidemie dipendevano e si propagandavano anche per mancanza di fogne.

Fowler e Baker si occuparono delle prime metropolitane (1860).

In Francia, Eiffel fu pioniere dell'introduzione delle strutture di acciaio in Francia. La celebre Torre, eretta per l'Esposizione del 1889 fu la sua opera più conosciuta.

CAPITOLO XIII

In America, gli ingegneri minerari americani furoni pionieri nell'Ovest. La dinamo e la luce elettrica seguivano il telegrafo nel contrassegnare la nascita dell'ingegneria elettrotecnica, ma i trasporti rimasero il principale problema.

I primi ponti vennero costruiti in legno, in una combinazione di archi e travature: il Permanent Bridge di Palmer (1805), il Colossus di Wernwag (1812) e il Waterford di Burr (1804), tre ingegneri-artigiani, molto simili agli artigiani europei del Medioevo.

SCHEMI DI PRIMI PONTI A TRAVATURE 

(disegnate da me con paint, LOL 😂)

Se si dovesse fare il nome dell'ingegnere che meglio incarnò l'ingegneria americana, dovrebbe essere quello di John Bloomfield Jervis che si dedicò a canali, ferrovie, rifornimenti idrici; introdusse anche cambiamenti nelle prime locomotive.

James Finley fu invece il pioniere dei ponti sospesi, adoperando catenarie irrigidite, "cavi di tavole" che distribuivano qualunque carico riducendo così le inflessioni locali in una struttura flessibile ma provvedevano anche alla rigidezza contro l'azione del vento.

(Nota di Lunaria: Mario Salvadori nella sua intrigante introduzione all'Ingegneria "Perché gli edifici stanno in piedi" spiega molto bene l'azione del vento sulle strutture e come si contrasta)

Infine, ricordiamo il grande sviluppo dell'industria mineraria americana, che raggiunse il suo apice con la scoperta dell'oro in California nel 1848.

Aggiornamento del 26 febbraio 2026

MARIO SALVADORI

Bene: un post che tratta di Ingegneria realizzato da una Donna senza laurea in Ingegneria.

No, in questo post non ci saranno "Accelerazione tangenziale ed accelerazione centripeta", "Accelerazione radiale ed accelerazione trasversa", "Tensore di deformazione non lineare", il carico di Eulero, il delta di Kronecker e il cerchio di Mohr.

Niente di tutto questo perché non è alla mia portata. 

Non lo era 20 anni fa e non lo sarà adesso e neanche tra mille miliardi di secoli.

E non è questo che mi interessa: non è "compilare una guida all'Ingegneria" ciò che mi ha spinto a realizzare questo pdf, rimboccandomi le maniche, accettando questa sfida, in primis contro me stessa (per molti anni sono stata "matofobica", per merito di pessimi insegnanti che mi hanno fatto odiare la matematica e più in generale, le materie scientifiche; solo qualche anno fa ho deciso di colmare questa lacuna e mi sono messa a studiare una storia della Matematica e della Chimica).

Questo post esce per altri motivi che non hanno niente a che vedere con l'Ingegneria di per sé. 

Non è un pdf "esaustivo", non lo vuole essere e non potrebbe esserlo.

A me interessa dimostrare che:

1) Non ci vuole nessuna laurea per avere interessi culturali (quali che siano, dalla lingua inuktitut ad una storia dell'Ingegneria) e andare in una biblioteca a cercare libri sull'argomento.

2) Non ci vuole nessuna laurea per conoscere una Storia dell'Ingegneria (che è alla portata di tutti, come avevo già dimostrato)

 

3) Non ci vuole nessuna laurea per conoscere qualche concetto basico che sta dietro a cose come "la compressione, la trazione, i carichi da vento"

Ci vuole solo "coraggio nel buttarsi, mettendosi in gioco". 

Perciò, per rispondere ai vari sfottò che ricevo su youtube, gli sfottò che mi denigrano perché da persona senza laurea mi occupo in ugual modo di divulgazione culturale, mi sono presa del tempo per leggere Mario Salvadori, assimilando bene i suoi concetti.

Quelli che potevo comprendere: non tutti, ma qualcosa sì.

E quel qualcosa, per quanto striminzito, l'ho appreso.

Non ha importanza se non posso calcolare l'elasticità (non è quello che mi interessava fare 20 anni fa e neanche ora) e se non progetterò un ponte: non è questo che voglio fare nella vita; ma rispondere a quegli sbruffoni altezzosi che mi hanno perculato sì, decisamente, e quindi alla facciazza loro qualche definizione sulle travature dei ponti e sulla capriata l'ho imparato DA SOLA.

Mi ci sono messa di picca, come direbbe Mirandolina. 

Con carta e penna per fare uno schemino con i concetti essenziali per scriverli prima su foglietti di carta e poi al pc: mi avrebbe aiutato di più ad assimilarli.

Questo post esce non solo per dimostrare a certi palloni gonfiati che io "non sono qualcosina di meno" di chi sventola attestati burocratici, ma ho voluto farlo anche per ricordare Emma Strada, la prima Donna Ingegnera qui in Italia.

In un periodo dove in tante, troppe, sono "instagrammine e onlyfansine tutte trucco e vanità", io rivendico Emma Strada come mio grande modello femminile, per la tenacia che ci ha messo, nel suo periodo storico, ad autodeterminare se stessa diventando ingegnerA, affrontando sfottò di ogni tipo (gli stessi che hanno rivolto a me, del resto).

E visto che un post non sarebbe lunariale se non ci fosse un po' di Metal a corredo del tutto, rivendico Mario Salvadori con sottofondo di Prog Metal che così arzigogolato mi fa venire in mente cose architettoniche ardite!

Nota Bene: Ho dovuto disegnare a mano con "paint" alcune immagini che non mi era possibile riportare per motivi di copyright: non sono disegni perfetti ma possono dare l'idea.

Info tratte da

 

Buona parte dei crolli strutturali nascono dall'errore umano, sempre in concerto con le forze fisiche, i carichi, che agiscono sulle strutture. Se la terra non avesse attrazione, se il vento non soffiasse, se la crosta terrestre non vibrasse, se la temperatura non cambiasse, non ci sarebbe bisogno delle strutture odierne.

Alcuni dei carichi agenti sulle strutture sono noti: il peso di un mobile sul pavimento per esempio, ma altri come la pressione e il risucchio esercitato dal vento o i carichi termici causati dalle variazioni di temperatura sono meno ovvi.

Carichi di gravità: il peso proprio

Due corpi si attraggono con una forza proporzionale al prodotto delle loro masse diviso il quadrato della loro mutua distanza.

Le strutture architettoniche consistono di elementi massivi come pilastri, travi, archi e cupole e il loro peso proprio è molto spesso il carico maggiore che devono sopportare: dipende dal volume dell'elemento e dal peso unitario del materiale.

La valutazione del peso proprio di una struttura mette l'ingegnere di fronte ad un paradosso: esso non può essere calcolato finché la struttura non è progettata, ma la struttura non può essere progettata finché non è stato calcolato il peso proprio, e sommato a tutti gli altri carichi.

Il peso proprio non verrà mai ignorato perché è sempre presente: è un carico permanente.

Si include nel peso proprio il peso di tutto ciò che rimane sempre sul posto, come le partizioni di un edificio, che possono essere spostate ma sono sempre presenti: tubazioni, condotti, sistema idraulico e condizionamento dell'aria.

Carichi accidentali

I carichi che una struttura deve portare, oltre al peso proprio, sono detti carichi accidentali e comprendono il peso dei mobili, della gente, delle merci, delle finiture, delle neve.

Carichi statici e dinamici

I carichi che crescono lentamente (come la neve che si accumula su un tetto, dopo ore) sono detti "carichi statici" ed agiscono staticamente; altri  carichi, come quelli causati dal vento o dai terremoti, crescono rapidamente ed improvvisamente: questi sono i carichi dinamici ed agiscono dinamicamente.

I carichi applicati all'improvviso (come un colpo di martello) sono detti carichi di impatto e possono essere più grandi del loro valore statico, perciò più pericolosi.

Un grattacielo deve comportarsi come un albero: piegarsi ma non rompersi.

Per esempio, il John Hancock Center a Chicago si stringe verso l'alto in modo da offrire meno superficie dove il vento è più forte ed è irrigidito da una serie di tiranti triangolari detti controvenature.

Se ci pensiamo, l'albero è una costruzione straordinaria: le sue radici sono radicate al suolo e la disposizione a raggera serve da appoggio e da presa quando il vento fa oscillare il tronco.

La torre Johnson progettata da Frank Lloyd Wright nel 1936 ha un sistema strutturale simile ad un albero: il nucleo centrale è simile ad un tronco sul quale si innestano come rami, i piani. 

Ogni materiale può aumentare la sua resistenza se gli viene data una forma adatta: per esempio un foglio di carta piegato o incurvato acquista robustezza: piegandolo a "fisarmonica" si ottiene una struttura resistente e le lamiera ondulate sfruttano proprio questo principio del foglio di carta a fisarmonica.

Ingegneri e architetti hanno lavorato molto sulla forma dei materiali, creando strutture ardite, resistenti e leggere, spesso copiando dalla natura: Paxton, per esempio, che progettò il Crystal Palace dell'Esposizione Universale di Londra del 1851 raccontò che fu ispirato da una foglia di Victoria regia, per progettare la struttura dell'edificio.

Francesco Borromini, un architetto del periodo barocco, progettò la cupola della chiesa romana di Sant'Ivo alla Sapienza studiando la sezione di una conchiglia.

Buckminster Fuller progettò delle cupole leggere formate da moltissimi telati triangolari saldati tra loro.

Per curiosità: un vento costante che soffia su un'alta ciminiera cilindrica genera su di essa forze alternate laterali, prodotte dalle particelle d'aria che circondano la ciminiera e si allontanano alternativamente dal suo lato destro e sinistro con piccoli vortici, detti "vortici di von Karman" dal nome del fisico che studiò il fenomeno.

Queste piccole forze aerodinamiche provocano oscillazioni laterali crescenti della ciminiera che possono anche romperla.

I carichi dovuti alle variazioni di temperatura sono i carichi termici e quelli che nascono da assestamenti del terreno sono detti carichi da assestamento: sono molto insidiosi perché non sono visibili e possono provocare gravi danni se sono trascurati.

A temperature elevate il ferro perde rapidamente la sua resistenza e in caso di incendio un edificio in ferro può collare in pochi secondi: per impedirlo, le strutture in ferro vanno rivestite di uno strato di cemento che isola dal calore.

La ridondanza

La ridondanza è una proprietà necessaria in tutte le lingue. è una tutela che ci permette di capire una frase anche se perdiamo alcune parole (...) La tutela di una lingua allo scopo di prevenire il totale fallimento della comunicazione è perfettamente analoga alla quantità di ridondanza che un progettista mette in una struttura per evitarne il crollo totale nel caso di cedimenti locali e varia a seconda del tipo di struttura.

Essenzialmente, la ridondanza strutturale permette che i carichi siano sopportati in più di una maniera, cioè attraverso più di un percorso all'interno della struttura, e deve essere considerata una caratteristica necessaria in ogni grande struttura o in ogni struttura il cui crollo può causare danni gravi.

TUTTI i crolli strutturali possono essere considerati come dovuti alla mancanza di ridondanza. (*)

(*) Nota di Lunaria: i crolli che vengono analizzati nei capitoli precedenti del libro, come l'aereo schiantatosi nel 1945 sull'Empire State Building centrando il 79° piano del palazzo, sono tutti esempi di crollo attribuiti alla mancanza di ridondanza.

Quello che accadde all'Empire State Building fu la conseguenza della ridondanza intrinseca in una struttura intelaiata: travi e pilastri erano collegati rigidamente, saldati o imbullonati tra loro. L'edificio era come un millepiedi che può compensare la perdita di una gamba ridistribuendo il peso sulle gambe rimanenti.

Questa è la ridondanza, una caratteristica essenziale alle strutture che sopravvivono a danni accidentali o a cedimenti parziali.

Si tenga presente che le infiltrazioni d'acqua in facciate, terrazze e tetti sono causa di seri danni strutturali, specialmente in edifici con travi e pilastri d'acciaio: l'acqua che penetra nelle minute fessure raggiunge gli elementi strutturali per capillarità (la proprietà dell'acqua di fluire anche verso l'alto, in fessure sottilissime) e nel corso degli anni li fa arrugginire, a meno che travi e pilastri non siano stati protetti con vernici anti-ruggine.

Un caso di crollo improvviso si verificò in Francia negli anni '30 quando un serbatoio d'acqua in cemento armato crollato mostrò che gran parte dei ferri di armatura erano arrugginiti fino ad essersi polverizzati.

Anche l'uso di certi additivi capaci di migliorare la robustezza e la compattezza del cemento è stata la causa di molti cedimenti di facciate perché alcuni dei loro composti chimici facilitano l'ossidazione dell'acciaio in presenza anche minima di umidità.

(...) Il crollo a catena o progressivo è la conseguenza di instabilità elastiche locali.

L'esempio più semplice della differenza tra una situazione meccanica di stabilità e di instabilità è dimostrato da una biglia ferma dentro una scodella, rispetto a quella di una bilanciata sulla sommità della stessa scodella capovolta: se viene spostata dalla sua posizione sul fondo della scodella la biglia tende a tornarvi e a "stare lì": è in una posizione di EQUILIBRIO STABILE.

Se la scodella è capovolta e la biglia è bilanciata sulla sua sommità anche un piccolo spostamento tende a farla muovere lontano dalla sua posizione originaria: la biglia è in una situazione di EQUILIBRIO INSTABILE.

Ci sono casi in cui, durante un terremoto, il terreno cedo completamente per liquefazione. Ciò si verifica in terreni sabbiosi saturi di acqua che divengono improvvisamente liquidi quando sono sottoposti allo scuotimento causato dal terremoto.

Per dimostrare questo fenomeno, mettete un peso in una pentola piena di sabbia e riempita di acqua fino quasi alla sommità: lo scuotimento della pentola provocherà la liquefazione della miscela sabbia-acqua e farà affondare il peso.

Questo è quello che è accaduto a Nigat, in Giappone, nel 1964: cessato il terremoto, gli abitanti poterono camminare sulla facciata dell'edificio che si era inclinato senza rompersi.

Il tipo di terreno sotto una struttura ne influenza il comportamento. I danni maggiori sono stati registrati su riempimenti fatti dall'uomo (Loma Prieta, 1989), antichi sedimenti di letti lacustri (Città del Messico, 1985) e terreni teneri (Armenia, 1988): queste condizioni modificano le onde sismiche in arrivo, amplificando certe frequenze del moto del terreno ed estendendo la durata della scossa: i 60 secondi di terremoto a Città del Messico con intensità 8,1 causarono danni maggiori dei 5 secondi di Loma Prieta.

Come un passeggero in una macchina, un edificio risponde alle accelerazioni (variazioni di velocità) più che alla velocità. Quando la macchina accelera, il passeggero è spinto all'indietro con una forza proporzionale al proprio peso; è questa forza causata dall'inerzia quella a cui un edificio deve rispondere durante un terremoto, e maggiore è l'accelerazione, maggiore è la forza a cui esso deve resistere.

I terreni si comportano spesso da pessimi materiali , nondimeno noi dobbiamo affidare alla loro resistenza (almeno finché non decideremo di farli levitare in campi elettromagnetici) il supporto di tutti i nostri edifici.

Alcuni terreni sono deboli come la sabbia non compattata in presenza d'acqua e causano il fenomeno della liquefazione quando il carico sovrastante fa fuoriuscire l'acqua per compressione.

Altri sono duri come la roccia, che può portare fino a 40 tonnellate per piede quadrato; altri sono insidiosi come l'argilla che è dura se asciutta e scivolosa quando bagnata.

La disciplina della meccanica dei terreni nata in Austria e in Germania ai primi dell'Ottocento, ha fatto rapidi progressi nella determinazione delle proprietà dei terreni, che sono vitali nelle fasi di progettazione e di costruzione degli edifici.

Perché dobbiamo interessarci ai terreni? Perché la loro instabilità può mettere in pericolo grattacieli, case, ponti, porti.

Nessun ingegnere strutturista oserebbe progettare un edificio senza mettere in conto gli assestamenti differenziali previsti in diversi punti di una data zona.

Assestamenti differenziali possono danneggiare qualsiasi struttura, come si può provare afferrando un righello alle estremità (che nel nostro esempio rappresenta una trave) e abbassandone un'estremità fino alla rottura.

Sforzi e deformazioni

Le forze agenti su una struttura possono solamente tirare o comprimere i suoi elementi. In termini precisi si dice che tali elementi possono solo lavorare in trazione o in compressione sotto l'azione di trazione (che tirano) o di compressione (che spingono)

Tutti sentiamo la trazione o la compressione quando tiriamo o spingiamo sulla maniglia di una porta chiusa.

Se tiriamo un elastico, si allunga per trazione.

Se spingiamo una spugna, si accorcia.

L'allungamento e l'accorciamento cioè le deformazioni del materiale caratterizzano la trazione o la compressione di ogni elemento strutturale, ma i materiali delle strutture sono più rigidi di un elastico o di una spugna e i loro allungamenti o accorciamenti sono raramente visibili ad occhio nudo.

Tutti i materiali strutturali sono forti o in trazione o in compressione e uno di essi, l'acciaio, lo è in entrambi i casi.

Anche il legno è forte sia in trazione sia in compressione, anche se non nello stesso modo, ed è stato usato per secoli nel campo delle costruzioni.

La pietra è forte in compressione ma debole in trazione.

Materiali strutturali

Tutti abbiamo familiarità con molti materiali strutturali perché alcuni sono naturali come il legno e la pietra, altri sono fabbricati dall'uomo, come i mattoni, il cemento, l'acciaio.

Oltre alla resistenza, un materiale strutturale sotto carico deve avere due comportamenti chiamati elasticità e plasticità.

L'elasticità richiede che alla rimozione del carico che agisce sull'elemento strutturale, questo ritorni alla sua forma indeformata.

Se l'elemento rimanesse deformato, i carichi applicati successivamente produrrebbero deformazioni aggiuntivi e l'elemento diventerebbe instabile.

La maggior parte dei materiali si comporta elasticamente e si deflette (piega) in proporzione al carico: si parla di "comportamento elastico lineare"; per esempio se un bambino all'estremità di un trampolino provoca una deflessione del trampolino verso il basso, una persona che pesa tre volte tanto provocherà una deflessione tra volte maggiore.

Se la flessione è maggiore di quanto ci si aspetta da un comportamento elastico lineare, si può dedurre che il materiale è sottoposto a uno "stress eccessivo" (overstressed)

Se la rimozione del carico dal trampolino, la deflessione non sparisce, rimane una deformazione permanente che lo curva verso il basso: in questo caso il trampolino si è comportato non elasticamente.

Si potrebbe pensare che i materiali con un grande limite elastico siano preferibili rispetti a quelli con un limite basso, ma non è così: il vetro si comporta elasticamente fino al punto di rottura ed è pericoloso perché non dà segni del fatto che si sta raggiungendo la resistenza ultima.

Al contrario, per i materiali che hanno una deformazione permanente dopo il superamento di un certo carico (yield point, il punto di snervamento) si parla di "comportamento plastico oltre il punto di snervamento": la deformazione permanente è l'avvertimento più chiaro che il materiale può dare sul fatto che si è arrivati vicini al cedimento, cioè che non può sopportare ulteriori carichi.