Arthur Casagrande: L'uomo che ha reso misurabile la terra

C'è una piccola coppa di ottone, montata su una camma, che si trova in ogni laboratorio di geotecnica del mondo. Si riempie con argilla umida, si traccia un solco nel mezzo e si gira una manovella affinché la coppa cada da una distanza fissa, ripetutamente, finché il solco non si chiude. Il numero di colpi ti dice qualcosa di esatto sul terreno. Prima che Arthur Casagrande costruisse quel dispositivo, gli ingegneri giudicavano l'argilla impastandola tra le dita e formandosi un'opinione. In seguito, due laboratori in continenti diversi potevano testare lo stesso terreno e ottenere la stessa risposta. Questa è, in sintesi, l'intera storia di come l'ingegneria delle fondazioni ha smesso di essere un mestiere artigianale.

Ajdovščina, Vienna e un violino

Casagrande è nato il 28 agosto 1902 ad Ajdovščina, allora parte dell'Austria-Ungheria e oggi in Slovenia. Era un bambino prodigio del violino prima di dedicarsi all'ingegneria e proveniva da una famiglia già presente nella professione. Ha frequentato il suo primo anno di scuola a Linz, si è trasferito a Trieste, ha frequentato la Realschule e si è laureato in ingegneria civile presso la Technische Hochschule di Vienna nel 1924, rimanendo come assistente a tempo pieno del professor Schaffernak nel laboratorio di idraulica.

Suo padre morì quello stesso anno. L'Austria-Ungheria del dopoguerra era crollata e non aveva lavoro per i giovani ingegneri, così nel 1926, nonostante le obiezioni di sua madre e del suo professore, partì per New York.

Un incontro fortuito

L'America non fu subito accogliente. Lavorò come disegnatore di strutture in acciaio per la Carnegie Steel nel New Jersey. Poi, durante un colloquio per una posizione al MIT, incontrò Karl Terzaghi — l'ingegnere austriaco che aveva appena inventato l'intera base teorica della meccanica dei suoli — e gli fu offerto immediatamente un lavoro come assistente privato di Terzaghi.

Dal 1926 al 1932 Casagrande fu assistente di ricerca presso lo US Bureau of Public Roads, assegnato al MIT, dove eseguì prove sui terreni per Terzaghi. Quando Terzaghi tornò a Vienna nel 1929, Casagrande lo accompagnò per allestire un laboratorio di meccanica dei suoli, visitò altri laboratori europei e tornò al MIT conoscendo il lato pratico di quel giovane campo meglio di quasi chiunque altro.

Rendere il terreno misurabile

Terzaghi aveva fornito la teoria. Casagrande fornì gli strumenti, e la differenza è più importante di quanto sembri.

Il terreno non è un materiale prodotto artificialmente. Due argille che sembrano identiche possono comportarsi in modo completamente diverso sotto un edificio e, fino agli anni '30, non c'era un modo concordato per descrivere la differenza. L'argilla attraversa diversi stati man mano che assorbe acqua: friabile quando è asciutta, plastica nel mezzo, effettivamente liquida quando è satura. I contenuti d'acqua in cui passa da uno stato all'altro — i limiti di Atterberg — la caratterizzano in modo utile. Ma misurarli dipendeva dalle dita e dal giudizio dell'operatore.

Il laboratorio di Casagrande al MIT produsse tutto un apparato di oggettività: il dispositivo per il limite di liquidità, la prova dell'idrometro, la prova capillare orizzontale, l'edometro per misurare la compressione e la scatola di taglio. Introdusse la prova di taglio triassiale negli Stati Uniti, fu tra i primi a studiare come il suolo cambia volume quando viene tagliato, riconobbe cosa succede alla pressione dell'acqua tra i grani durante il taglio non drenato e sviluppò la procedura che gli ingegneri usano ancora per calcolare la pressione di preconsolidazione di un'argilla — il massimo carico che ha mai sopportato nel suo passato geologico, che governa quanto si assesterà sotto un nuovo carico.

Durante la Seconda Guerra Mondiale trasformò tutto questo in sistemi di classificazione per il Corps of Engineers dell'esercito e per il Bureau of Reclamation, in modo che a qualsiasi terreno potesse essere assegnata una categoria che ne predicesse il comportamento ingegneristico. Quel principio sopravvive come il Sistema unificato di classificazione dei suoli.

Harvard

Entrò ad Harvard nel 1932 come assistente professore e, su insistenza di Terzaghi, ottenne un dottorato all'Università Tecnica di Vienna lo stesso anno, non avendone alcuno fino ad allora. Ad Harvard costruì un programma post-laurea in meccanica dei suoli che crebbe da dodici studenti a più di ottanta dopo la guerra e, nel 1946, ricevette una cattedra appena creata in meccanica dei suoli e ingegneria delle fondazioni. L'enfasi del programma sul lavoro di laboratorio e sull'analisi delle infiltrazioni divenne il modello copiato in tutto il mondo. Tra il 1942 e il 1944 fece seguire a circa quattrocento ufficiali dell'esercito corsi intensivi di quattro settimane sulla costruzione di aeroporti per il Corps of Engineers.

Il suo atto di organizzazione più consequenziale avvenne prima. Nel 1936 convocò la Prima Conferenza Internazionale sulla Meccanica dei Suoli e l'Ingegneria delle Fondazioni — un'idea che Terzaghi stesso pensava fosse troppo rischiosa da tentare. Funzionò, stabilì la meccanica dei suoli come indispensabile per l'ingegneria civile e produsse quella che oggi è la International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, di cui Casagrande fu presidente dal 1961 al 1965.

Liquefazione e dighe

Il suo articolo del 1936 sulle caratteristiche dei terreni incoerenti che influenzano la stabilità di pendii e terrapieni affrontò un fenomeno che lui stesso nominò per il campo: la liquefazione.

Il meccanismo vale la pena essere enunciato chiaramente, perché uccide le persone. La sabbia sciolta sotto la falda freatica si comporta come uno scheletro di granuli con acqua negli interstizi. Scuotila — un terremoto, un'esplosione, un carico rapido — e i granuli cercano di riorganizzarsi in un impacchettamento più denso. L'acqua non può scappare abbastanza velocemente, quindi assorbe il carico al suo posto. La pressione nell'acqua dei pori aumenta, i granuli smettono di premere l'uno contro l'altro e, per alcuni secondi, il terreno non ha alcuna resistenza. Si comporta come un liquido pesante. Gli edifici affondano; le dighe di terra fluiscono via.

Casagrande passò il resto della sua carriera studiando questo fenomeno e le infiltrazioni, fornendo consulenza su dighe in terra in tre continenti, sulle fondazioni dell'aeroporto Logan di Boston, sull'effetto dell'esplosione atomica sui terrapieni del Canale di Panama e sull'indagine sul cedimento della diga di Teton. Caratteristicamente, in seguito sostenne la necessità di limitare la parola liquefazione ai casi di drastico rammollimento per deformazione che producono un vero flusso, piuttosto che lasciarla espandere in un termine generico.

Perché Arthur viene chiamato genio

L'affermazione poggia su un tipo di intelligenza specifica e sottovalutata: sapere che una scienza è impossibile finché le sue grandezze non possono essere misurate due volte allo stesso modo. Terzaghi produsse i concetti; Casagrande produsse le prove, gli apparati, la classificazione e il programma didattico che permisero agli ingegneri comuni di usarli, e poi costruì l'istituzione internazionale attraverso la quale il campo poteva discutere con se stesso. Convocare la conferenza del 1936 contro il parere del suo mentore fu il giudizio cardine della sua vita, e fu corretto. I suoi strumenti sono ancora sui banchi di lavoro novant'anni dopo, il che è una vita lavorativa più lunga di quanto la maggior parte delle teorie riesca ad avere.

Il controargomento onesto è che lui era, e rimase in gran parte, il secondo uomo. La teoria fondativa della meccanica dei suoli — tensione efficace, consolidazione — è di Terzaghi, e il grande salto concettuale non spettava a Casagrande. I suoi stessi contributi sono empirici: procedure, dispositivi, classificazioni e correlazioni, immensamente utili ma non leggi. C'è qualcosa di tacitamente rivelatore nel fatto che il suo riconoscimento più illustre fu quello di essere il primo destinatario del Karl Terzaghi Award, intitolato al suo maestro. Arrivò anche ad Harvard senza dottorato e ne prese uno solo perché Terzaghi glielo disse. Rispetto agli inventori di teoria è una figura minore; rispetto alla questione se gli edifici crollano, potrebbe contare di più.

Eredità

Casagrande morì il 6 settembre 1981. Fu il primo Rankine Lecturer della British Geotechnical Association e Terzaghi Lecturer dell'American Society of Civil Engineers, e l'Arthur Casagrande Professional Development Award, che sostiene i giovani ingegneri geotecnici, porta il suo nome. La disciplina che ha contribuito a costruire è oggi il motivo per cui non è insolito posizionare un grattacielo su terreno soffice. Anche la coppa di ottone è ancora lì, immutata, a fare esattamente ciò per cui l'aveva progettata.