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Ingegneria

Definizione – Etimologia

Il termine ingegneria e ingegno derivano entrambe dalla stessa radice latina ingenerare creare attraverso una data capacità, opera, industria (ingegno appunto).

Con ingegneria si definisce l’insieme di studi e tecniche utilizzate, partendo da diverse conoscenze scientifiche e tecnologiche, per risolvere problemi applicativi e per progettare e realizzare opere di diversa natura. Recentemente si è assistito a un allargamento dei suoi campi di applicazione, da quelli più tradizionali della costruzione di manufatti (ingegneria civile, meccanica, elettronica) e trasformazione dei materiali (ingegneria chimica) alla soluzione di problemi a carattere più teorico, legati allo sviluppo delle recenti tecnologie (ingegneria informatica, economica, finanziaria, gestionale).

Secondo la definzione del Consiglio degli Ingegneri degli Stati Uniti, l’ingegneria è l’applicazione creativa dei “principi scientifici per progettare o migliorare strutture, macchine, apparati o processi creativi e manifatturieri, industriali” (in quest’ultima accezione inteso soprattutto in Inghilterra).

Generalità

Pur sottintendendo una pluralità di conoscenze e competenze, la figura dell’ingegnere si differenzia da quella dello scienziato puro, spostando la questione su un piano applicativo più che teoretico, avendo come obiettivo l’applicazione dei risultati della scienza a problemi particolari del mondo fisico. Gli strumenti utilizzati dall’ingegnere sono essenzialmente la matematica e le sue estensioni alla scienza dei materiali, alla meccanica dei solidi e dei fluidi, alla termodinamica e all’analisi dei sistemi.
Comune a tutte le figure di ingegneri è la soluzione di problemi (fisici o economici) che possono implicare fattori quantitativi e qualitativi, richiedendo sia soluzioni matematiche astratte che di “senso comune”. L’obiettivo finale del processo ingegneristico è la sintesi creativa e il raggiungimento della soluzione ottimale, qualsiasi sia il livello di complessità del problema da risolvere, individuando e riducendolo alle sue questioni fondamentali e raggiungendo una sintesi attraverso un processo deduttivo che interpreta i risultati del problema specifico e li riporta al caso reale.

L’ingegneria civile (o anche genio civile) è quel ramo dell’ingegneria più tradizionale, che ha come scopo la progettazione di manufatti e infrastrutture destinati all’uso civile e ai relativi ambiti (ambientali, edili, geotecnici, infrastrutturali, idraulici, strutturali, urbanistico-territoriali).
Più recente è l’ingegneria industriale, che riunisce aspetti di ingegneria meccanica, elettrica e gestionale con particolare attenzione ai materiali e all’energia, occupandosi di applicazioni pratiche, procedimenti, misure e infrastrutture utili allo sviluppo dell’attività industriale (ingegneria dei processi industriali, ingegneria dei processi energetici, ingegneria dei processi trasformativi, ingegneria chimica).
L’ingegneria meccanica si occupa dello studio, la progettazione e la realizzazione pratica di attrezzature e macchine per impieghi civili e industriali (dimensionamento di componenti o strutture meccaniche e meccanismi) oltre che, più in generale, di energetica (metodi di conversione ed utilizzo di energia).
La produzione, trasformazione, trasporto e distribuzione dell’energia sono problemi affrontati dall’ingegneria elettrica che si interessa anche dello studio e delle applicazioni dell’elettromagnetismo (in questo senso nota come ingegneria elettrotecnica). Tale specifica branca dell’ingegneria ha trovato una propria autonomia rispetto all’ingegneria meccanica, da cui è derivata, all’inizio del XX secolo (istituita ufficialmente nel 1886), in occasione della diffusione e sviluppo dell’energia elettrica, dalla cella di Alessandro Volta nel 1800 fino agli esperimenti di Faraday e altri, culminati nella dinamo Gramme del 1872 e nel motore elettrico (Z.T. Gramme). Gli aspetti elettronici sono diventati prevalenti con il lavoro di James Clerk Maxwell e di Heinrich Hertz, nel XIX secolo, e poi con il tubo vacuo di Lee de Forest e con l’invenzione del transistor (inizio e metà del XX secolo).
Con le stesse modalità, l’ingegneria elettrica si è specializzata, negli ultimi anni del Novecento, in ingegneria delle telecomunicazioni e ingegneria elettronica (progettazione e programmazione di calcolatori e reti, robotica, controlli automatici e trasmissione dati, specialmente su fibra ottica).
L’ingegneria chimica si è sviluppata nel XIX secolo per il proliferare dell’industria metallurgica, interessata alle reazioni chimiche nell’industria meccanica (nel 1880 l’istituzione della figura dell’ingegnere chimico coincide con la nascita delle prime industrie chimiche).
L’ingegneria biomedica comprende la bioingegneria (soluzione dei problemi medico-biologici), e l’ingegneria clinica (gestione apparecchiature biomediche). Con ingegneria civile si intende la scienza relativa alla costruzione di edifici civili e industriali, di infrastrutture e di trasporto (ferrovie, strade, porti e aereoporti), di ponti e gallerie, di costruzioni idrauliche (briglie, opere di sbarramento idrico, dighe, arginature, acquedotti, fognature e canalizzazioni) e di strutture in zona sismica. Le branche dell’ingegneria civile, legate quindi ai diversi campi di applicazione, sono molteplici.
L’ingegneria geodetica riguarda le tecniche e principi di rilevamento della superficie terrestre (cartografia, fotogrammetria, geodesia e topografia) mentre la meccanica del terreno e i problemi della sua interazione con le strutture è studiata dall’ingegneria geotecnica (pali di fondazione, muri di sostegno, iniezioni di resine, fondazioni, studi di fattibilità di grandi opere).
L’ingegneria idraulica considera le interazioni tra strutture e sistemi idrici studiandone i manufatti per l’ottimizzazione delle risorse (centrali idroelettriche, dighe ma anche acquedotti, sistemi fognari) oltre che studiare i sistemi di difesa territoriale da eventi straordinari (controllo delle piene, canalizzazioni).
Esiste poi l’ingegneria delle infrastrutture e dei trasporti, applicata alle infrastrutture di trasporto, a sua volta divisa in ingegneria dei sistemi di trasporto e ingegneria delle strutture viarie.
Affine a questa, l’ingegneria del territorio (o ambientale) si occupa dei sistemi di analisi e intervento sui sistemi territoriali, riunendo aspetti topografici, infrastrutturali, sistemazioni idrauliche, e anche, in alcuni casi, sconfinando nell’urbanistica. Ne deriva quindi che l’ingegneria strutturale, o ingegneria delle strutture, è solo una particolare branca dell’ingegneria civile che riguarda la vera e propria “creazione” dell’opera, dall’ideazione alla progettazione strutturale, prevedendone analiticamente il comportamento quando questa sia sottoposta aun sistema di forze esterne o sforzi interni.

La storia dell’ingneria

La storia dell’ingegneria, almeno in quest’ultima accezione riferita alle costruzioni (ingegneria civile, edile), si confonde con quella dell’architettura, separandosene e fondandosi come tale solo all’inizio dell‘800. Qualcuno riconosce in Imhotep, costruttore della Piramide di Ṣaqqārah, in Egitto (intorno al 2550 a.C.) il primo ingegnere, anche se la nascita dell’ingegneria si può far risalire all’epoca di fondazione delle grandi civiltà di Mesopotamia ed Egitto, tra il 4000 e il 2000 a.C., che segnano il passaggio dal nomadismo alla costruzione delle prime abitazioni (“rifugi”) e delle vie di comunicazione.
Le principali opere di costruzione romane (acquedotti, insulae, porti, ponti, dighe, strade) si possono considerare le prime opere di’ingegneria civile che fanno riferimento auna technè più che a una vera conoscenza dei processi costruttivi.
Nel taccuino medievale di Villard de Honnecourt (datato 1235) si ha una raccolta di regole, ricette e precetti, che forniscono una lunga lista di progetti, costruzioni, dettagli strutturali e ornamentali, sorvolando sui concetti generali. Nel suo primo capitolo poi, Vitruvio parla della differenza tra fabrica e ratiocinatio, sottolineando come entrambi, pratica costruttiva e teoria geometrica, siano necessari all’architetto (e per esteso all’ingegnere).
Sarà Leon Battista Alberti a rivisitare e ampliare i precetti di Vitruvio, ricavandone principi di carattere generale su cui costruire una teoria. Non è poi molto diverso da quello che si trova a fare l’ingegneria moderno nella risoluzione dei problemi posti (in particolare costruttivi) servendosi di semplificazioni strutturali e utilizzando algoritmi più o meno complessi e moderni programmi di calcolo agli elementi finiti o discreti, la cui soluzione è sospesa tra disquisizioni accademiche e osservazioni empiriche.
Per approssimazioni e intuizioni successive si deve attendere la fine del Seicento per avere la traduzione dell’intuizione in conoscenza matematica astratta e la teorizzazione della pratica; e almeno fino alla prima metà dell‘800, con l’introduzione dei nuovi materiali (strutture in ferro e cemento armato), perché ai precisi criteri di proporzionalità fondati sull’esperienza si sostituisca il “calcolo di previsione”, determinando la nascita della Scienza delle costruzioni e con questa, il distacco della figura dell’ingegnere da quella dell’architetto.
Il termine “genio civile” viene usato a partire dal XVIII secolo in riferimento agli organi preposti alla costruzione di porti, moli, frangifrutti, fari, per distinguersi dal genio militare, per lungo tempo chiara prerogativa degli ingegneri.
John Smeaton, costruttore del faro di Eddystone fu il primo a definirsi ingegnere, fondando nel 1771 la Smeatonian Society of Civil Engineers, anche se si deve aspettare la fondazione della Institution of Civil Engineers (nel 1818 a Londra) per avere un riconoscimento ufficiale della professione di ingegneria civile (la prima laurea in ingegneria viene assegnata nel 1835, in America dal Rensselaer Polytechnic Institute). Fino ad allora l’Academie d’Architecture (fondata nel 1671) preparava gli architetti/ingegneri alla progettazione, tralasciando gli studi più propriamente scientifici.
L’esigenza di formare un personale tecnico specializzato porta all’istituzione, nel 1747, dell’École des Ponts et Chaussées e, nel 1748 dell’École des ingénieurs de Mèzieres, da cui escono gli ufficiali del Genio, mettendo in evidenza per la prima volta il dualismo tra ingegneri e architetti. In una prima fase, il lustro dell’Académie relega gli ingegneri alla risoluzione di problemi secondari nel campo della costruzione ma è il progresso della scienza e della tecnica a ribaltare la questione. L’Académie viene soppressa nel 1793 e il titolo di architetto perde ogni valore legale mentre si rafforza la posizione degli ingegneri la cui preparazione prevede molti insegnamenti specializzanti riuniti in un unico corso di studi, fondato su matematica e fisica (stabilito da Monge).
Tra il 1794 e il 1795 viene istituita l’École Polytechnique, che deriva dalla precedente Mézieres, con un biennio comune per gli studiosi che poi si specializzano nelle diverse École des Ponts et Chaussées (Parigi), École d’Application de l’Artillerie et de Genie Militaire (Metz), École des Mines (Parigi), École du Gènie Maritime (Brest). Nel 1806 una scuola analoga è istituita a Praga, nel 1815 a Vienna e nel 1825 a Karlsruhe.
Con lo sviluppo industriale e la costruzione di strade e canalizzazioni, dalla metà del ‘700 in poi, gli ingegneri soppiantano i progettisti irregolari. I progressi nella geometria descrittiva consentono di dar forma ai progetti (curve di livello), vengono proposti metodi scientifici per calcolare i trasporti di terra (Monge nel 1791) e si realizzano i primi ponti a grandi luci (Ponte sul Reno a Sciaffusa, con 2 campate di 59 m, Ponte sulla Limmat a Wettingen con una sola campata di 119 m).
Con la rivoluzione industriale, il distacco tra architettura e ingegneria è compiuto: i problemi costruttivi sono campo degli ingegneri mentre gli architetti si rifugiano nelle forme astratte. In una frattura tra scienza e tecnica da un lato e arte dall’altro (quindi tra architettura e costruzione), i razionalisti settecenteschi, tra cui Patte e Rondelet, teorizzano le nuove scuole d’ingegneria (rappresentate da Durand, Percier, Fontaine in Francia, Nash in Inghilterra e Schinkel in Germania) e nel suo Discours pour l’ouverture du cours de construction a l’école spèciale d’architecture, nel 1816, Rondelet dimostra come ai metodi costruttivi dovesse essere riconosciuta un’influenza molto maggiore (dibattito su Sainte Genevieve).
Dopo il 1850, con le costruzioni in ferro esibite nelle grandi esposizioni, l’ingegneria invade del tutto il campo dell’architettura e il problema dei rapporti tra le due figure professionali si impone in maniera urgente. Nel 1867 Cèsar Daly, nella «Revue Générale d’Architecture», dice che “forse è destino dell’architettura cedere il passo all’arte dell’ingegneria? L’architetto sarà forse oscurato dal tecnico!” e con uno scritto sull’argomento, Davioud vince nel 1877 il premio dell’Académie rispondendo che “l’accordo non diverrà mai reale, completo e fruttuoso, finchè l’ingegnere, l’artista e lo scienziato non saranno fusi insieme nella stessa persona”.
La questione si trascina nelle parole di Anatole de Baudot al primo Congresso Internazionale degli Architetti a Parigi (1889) e in quelle di Van de Velde, trent’anni più tardi (“La straordinaria bellezza insita nell’opera degli ingegneri si basa appunto sull’assenza di qualsiasi consapevolezza delle sue possibilità artistiche”), trovando una soluzione in Le Corbusier che finalmente sancisce l’obbligo dell’architetto ad assumersi compiti globali nell’opera strutturale, ricomponendo quindi la dualità esistente nel campo delle costruzioni.

Il ruolo dell’ingegneria (civile ed edile) sembra rintracciarsi in conclusione nelle parole di J.N.L. Durand, allievo di Boullée, agli allievi ingegneri dell’École Polytechnique (in cui teneva il corso di architettura) quando descrive l’architettura per gli ingegneri appunto, come una specie di teoria combinatoria: il modo di comporre per accostamenti meccanici, l’indipendenza strutturale dalla decorazione, la predilezione per le quote in cifra tonda e per le forme elementari che riducono al minimo l’arbitrio del progettista.

Bibliografia

Durand J.L.N., Précis des leçcons données a l’école royale polytechnique, Parigi, 1823; Fleming A.P.M., Brocklehurst H.J., A History of Engineering (1925); Giedion S., Space, Time and Architecture, Cambridge, USA, 1941.

 

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