the smile

Engineering The Smile: An interview with Andrew Lawrence

by Ruth Slavid

‘The Smile’ sarà anche un’installazione dal carattere vivace ed elegante, ma basta guardarla una volta per capire che la sua realizzazione ha richiesto competenze specializzate e una lavorazione complessa. Quanto complessa, però, può non apparire subito ovvio.

Riprendendo le parole di Andrew Lawrence, specialista globale di legno presso Arup: “Questa è sicuramente la struttura in legno lamellare a strati incrociati (CLT) più complessa mai realizzata.” E di lui ci possiamo fidare.

Lawrence ha infatti già partecipato alla realizzazione delle strutture in legno più impegnative prese in carico da Arup, tra cui ricordiamo la torre di 18 piani in legno lamellare incollato e CLT, attualmente in fase di progettazione ad Amsterdam, e l’edificio Crossrail Place, nel quartiere londinese di Canary Wharf, realizzato in collaborazione con Foster & Partners; una struttura che presenta il più grande soffitto in legno nel Regno Unito. Lawrence ha anche già collaborato a una serie di progetti con l’AHEC (American Hardwood Export Council) tra cui spicca ‘Endless Stair’, primo esempio di struttura in tulipwood CLT. Tali progetti non solo richiedevano elevate competenze ingegneristiche, ma anche ricerche approfondite sulle proprietà e i comportamenti dei materiali e dei vari componenti.

“Per creare ‘The Smile’ abbiamo lavorato duramente sotto ogni aspetto” − spiega. La struttura non è solo a doppio cantilever, ma la porta di ingresso al centro è posizionata esattamente nel punto in cui le sollecitazioni sono maggiori. La risoluzione di tali problematiche ha fornito insegnamenti utili applicabili non solo a questa struttura, ma anche alle future applicazioni in legno CLT. 

“Sebbene si tratti di una scultura,” prosegue, “l’opera è effettivamente una trave a sbalzo lunga 20 metri, simile a quelle utilizzate per stabilizzare gli immobili. Il peso di 60 occupanti in corrispondenza di un’estremità della trave equivale al carico di vento su un edificio alto cinque piani. Fino ad ora nessuno aveva mai usato il legno per realizzare una struttura dal design così sottile.” 

Ishan Abeysekera, l’ingegnere di Arup responsabile del progetto, spiega: “Abbiamo dovuto studiare tutta la documentazione disponibile sul legno CLT, ma molti aspetti di ‘The Smile’ sono talmente complessi che nessuno ci si era soffermato prima d’ora.”

Secondo Lawrence, il tulipwood occupa una posizione privilegiata: “il legno con densità maggiore è senza dubbio più resistente, ma quando è troppo denso diventa costoso da essiccare in forno e non è possibile applicarvi delle viti”. Il tulipwood è interessante perché ha una densità paragonabile al legno di conifera ma è anche molto più resistente. Inoltre, il tulipwood presente nelle foreste di latifoglie americane ha una crescita quasi doppia rispetto al legno di conifere delle foreste scandinave.

Il legno di conifere sarà sempre il materiale privilegiato per le costruzioni in legno; ma per le applicazioni che richiedono una combinazione di caratteristiche estetiche e proprietà di resistenza, Lawrence riconosce lo straordinario potenziale del tulipwood CLT, il cui utilizzo crede sia destinato a intensificarsi. “La diffusione del legno nel settore edile non è semplicemente dovuta alla sostenibilità del materiale; vi sono altri tre fattori importanti, ovvero la fabbricazione con macchine a controllo numerico, l’invenzione dei pannelli CLT e l’introduzione di viti autofilettanti. Questo progetto è interessante perché è riuscito a fare uso di tutte queste innovazioni. La struttura è interamente realizzata in legno CLT, quasi tutti i raccordi sono costituiti da viti autofilettanti e si basa quasi del tutto sulla fabbricazione con macchine CNC.”

Ciò ha permesso di ottenere un processo di fabbricazione estremamente preciso. “È stato quasi come montare un mobile dell’IKEA, anche se molto più grande” − spiega Lawrence. La fresatura con macchine CNC consente di ottenere tolleranze di appena un mm. “I prefabbricati devono essere leggeri e resistenti, nonché in grado di essere lavorati secondo tolleranze elevate e facili da montare” − prosegue. 

Per Lawrence, una delle prime sfide è stata stabilire le proprietà del tulipwood a cui si sarebbe appoggiato il progetto; un passaggio indispensabile, visto che l’intera opera era finalizzata a mettere alla prova le caratteristiche del materiale. La resistenza del legno CLT derivava da prove condotte su 100 assi di tuliper 15 anni prima In tutte le aree sottoposte a sollecitazioni elevate, la dimensione dei nodi è limitata a 25 mm. Le tavole più deboli caratterizzate da nodi più grandi sono posizionate nel mezzo della ‘composizione’ di strati di legno lamellare per ridurre l’entità delle sollecitazioni.

Il design doveva prendere in considerazione una serie di circostanze particolarmente esigenti. La forma e i carichi implicavano che la struttura sarebbe stata in tensione in alto sulla porta e in compressione nel pavimento sotto quest’ultima.  Oltre alla posizione della porta, occorreva anche riflettere sull’appoggio della struttura sulle fondamenta in legno. Queste hanno dimensioni limitate e sono parzialmente sepolte nel suolo per ridurne l’impatto visivo, ma sono pur sempre sufficientemente grandi da evitare il capovolgimento della costruzione. Le fondamenta sono inoltre appesantite mediante l’impiego di pesi in acciaio all’interno della scatola di legno. 

Un’ulteriore considerazione è legata al comportamento dei visitatori. Saranno previste delle restrizioni sul numero complessivo di visitatori che possono accedere alla struttura durante un’unica visita; un numero che non potrà essere superiore a 60. Ma i designer hanno dovuto supporre che tutti i visitatori si sarebbero potuti trovare in corrispondenza di una delle estremità della struttura in un dato momento; una possibilità che meritava attenzione, specie se si pensa a un gruppo di (pesanti) giocatori di rugby o una foto di gruppo per un addio al nubilato. Inoltre, vi era anche il rischio che la costruzione potesse piegarsi su un lato a seconda della concentrazione del peso degli utenti.

E, come se non bastasse, bisognava anche pensare all’impatto del vento. La struttura avrebbe dovuto essere abbastanza resistente da scongiurare il rischio di distorsione (passando da sezione quadrata a un romboide) a causa dell’azione di vento forte su una delle estremità con forza equivalente a 10 tonnellate. Per tale ragione sono state introdotte connessioni resistenti a momento in corrispondenza della giunzione tra parete e soffitto al fine di ridurre la quantità di distorsione. 

Tutte le connessioni sono state ottenute con viti autofilettanti di lunghezza pari a circa 400 mm e posizionate con estrema cura. I primi 40 mm di ciascun foro di avvitamento sono stati realizzati in fabbrica con macchine a controllo numerico, per avere la certezza che le viti fossero inserite nella giusta direzione. Tale passaggio ha anche un’importanza estetica ed è servito a garantire che tutte le viti fossero applicate in file ordinate.

Visto l’elevato livello di sollecitazioni, le aperture ‘a finestra’ previste dal progetto originale di Alison Brooks sono relativamente limitate in numero e dimensioni, oltre a essere posizionate con estrema cura in base all’orientamento delle fibre del legno.

Un’altra difficoltà era invece legata alla dimensione dei componenti. Il legno CLT è solitamente prodotto in pannelli di grandi dimensioni; in questo caso, tale caratteristica costituisce una necessità, in quanto non sarebbe stato possibile introdurre una giunzione al centro dove la struttura è maggiormente sollecitata. I moduli presentano dunque dimensioni di 14 x 4,5 metri, maggiori di un carico standard e trasportabili su strada solo tra mezzanotte e le 6 del mattino durante il trasporto dalla Germania.

Ma nonostante la pianificazione meticolosa, il progetto ha dovuto anche fare i conti con alcuni incidenti di percorso, come la scoperta che la torre della vecchia prigione di Millbank è sepolta proprio nel punto dove avrebbero dovuto essere posate le fondamenta.

Una volta ultimate le fasi di preparazione, l'assemblaggio sarà relativamente semplice e verrà eseguito da un team di sei operai qualificati armati di cacciaviti elettrici. Quando i giochi si concluderanno, Lawrence potrà finalmente tirare un sospiro di sollievo. 

Riflettendo su cosa lo porta ad amare così tanto i progetti in legno, ci spiega che: “Mi piace soprattutto studiare i dettagli dei raccordi che poi restano visibili anche nella struttura finita; secondo me è questa la cosa che rende le strutture in legno tanto interessanti.” Una caratteristica che è certamente applicabile anche a ‘The Smile’.

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Ruth Slavid

Journalist and editor
Ruth specialises in architecture, landscape, lighting and [...]