Nell’estate del 2009 oltre 4.000 volontari si sono ritrovati a Dorking, Inghilterra, per aiutare l’ex conduttore di Top Gear James May a realizzare il sogno d’infanzia di costruire una vera casa fatta di mattoncini Lego. In circa un mese più di 3,5 milioni di blocchi di plastica sono stati trasformati in una casa di due piani completa di arredi Lego.

I Guinness World Records hanno dichiarato la costruzione di May la “casa in mattoncini incastrati a grandezza naturale” più grande del mondo. La casa di May non è stata un caso isolato: nel 2016 Land Rover ha costruito una riproduzione del Tower Bridge di Londra con 5,8 milioni di pezzi, abbastanza robusta da farci passare sopra i suoi SUV. Nel 2018 un team australiano ha realizzato un trailer da campeggio a grandezza naturale interamente in Lego. Questi risultati spingono a chiedersi: se possiamo costruire una casa, un ponte o un camper in Lego, perché non è fatto così anche il resto del mondo?

I mattoncini Lego sono prodotti in una plastica dura chiamata acrilonitrile butadiene stirene (ABS) con una tolleranza produttiva di circa 0,01 mm. “I mattoncini Lego sono prodotti con grande precisione”, dice Barnaby Gunning, l’architetto londinese che ha progettato la casa di May. Questa precisione li rende un materiale affidabile ed efficiente per costruzioni.

L’ABS è semi-flessibile, permettendo ai mattoncini di incastrarsi grazie a un collegamento basato sull’attrito chiamato snap fit. L’attrito tra il “tasto” superiore di un mattoncino e i tubi interni del mattone sovrastante mantiene i pezzi uniti, senza però rendere impossibile separarli.

Ora, per guardare ai mattoncini Lego come materiale da costruzione, immaginate un grattacielo di Lego e confrontate la resistenza del singolo mattone con le sollecitazioni che architetti e ingegneri prevedono per edifici, ponti e altre strutture. Queste forze, compressione, taglio e trazione, derivano dai carichi cui una struttura è sottoposta: il peso dei materiali, la neve sul tetto, venti fortissimi o le scosse di un terremoto.

I mattoncini Lego resistono a impressionanti forze di compressione. Nel 2012 ricercatori della Open University inglese hanno testato la resistenza di un mattone 2x2 con una pressa idraulica: il pezzo ha sopportato fino a 950 libbre di forza prima di rompersi. In teoria quella resistenza potrebbe reggere circa 375.000 altri mattoni, o una torre alta poco più di due miglia. Sono anche bravi a resistere alle forze di taglio; il sistema di tasti e tubi blocca i pezzi per impedire lo scorrimento laterale. Ma la debolezza strutturale del mattone è la trazione: sotto sforzo di “tiraggio” i pezzi cominciano a separarsi e la struttura crolla.

È una cattiva notizia per il nostro grattacielo fatto solo di incastri a scapito di giunzioni meccaniche. “L’attrito non è sufficiente per resistere, per esempio, a un terremoto o a una tempesta estrema”, dice Stephen Ressler, PhD, ingegnere meccanico e professore emerito alla U.S. Military Academy di West Point.

Durante un uragano, il vento potrebbe spingere contro una parete e iniziare a sollevare il tetto. Quando il tetto si solleva crea una forza di suzione che piega il muro e allenta le giunzioni alla base. In una casa di mattoncini Lego queste forze strapperebbero i pezzi di ABS. Allo stesso modo, in caso di terremoto il tremore del terreno potrebbe far oscillare il nostro grattacielo; man mano che la torre si piega, i mattoncini si staccherebbero perdendo l’attrito che li tiene insieme.

E con l’aumentare dell’altezza, la struttura agisce come una leva che amplifica le forze di trazione. Più è alto l’edificio, più i giunti bassi sopportano stress tensili quando un carico laterale agisce sulla cima.

Un ponte fatto di mattoncini Lego andrebbe incontro a un problema simile. I giunti in alto sulla campata sopportano compressione sotto carico, mentre quelli in basso subiscono trazione, si aprono e cedono. Il team di Gunning ha sperimentato questo problema costruendo la casa di May. Per garantire che il secondo piano reggesse il peso di May e della troupe, il gruppo ha testato diversi tipi di travi per capire quale resisteva meglio alle forze di trazione. (A un certo punto la troupe, scontenta della lentezza della deformazione di una trave, chiedeva di gettarci sopra sacchi di ghiaia.) Il progetto più robusto, una pila verticale di mattoncini disposti orizzontalmente all’interno di una trave, ha retto il doppio del peso rispetto alle soluzioni precedenti.

Sebbene i mattoncini si possano montare e smontare in infinite configurazioni, Gunning osserva che riprodurre quella flessibilità a scala urbana è difficile. Molte strutture—come il Centre Pompidou di Parigi o la Nakagin Capsule Tower di Kisho Kurokawa a Tokyo—accolte inizialmente come esempi di design modulare e flessibile, vengono assemblate e poi restano in quella configurazione per anni perché la logistica dello smontaggio è troppo complicata.

“Hanno questo meraviglioso sistema, che se perdi un mattoncino la funzionalità del resto rimane”, si disse.

Esistono poi numerose questioni pratiche legate all’uso su larga scala dei mattoncini Lego. Un mattone da muratura costa circa 65 centesimi. Per creare un equivalente in Lego, Gunning e il suo team hanno usato 272 pezzi standard 2x4. Stimando il valore di mercato di ogni pezzo 2x4 a 10 centesimi, il costo per sostituire un singolo mattone di cemento sarebbe stato di circa 27 dollari. Pur avendo ricevuto molte donazioni, si stima che la casa da oltre 3,5 milioni di pezzi sia costata intorno ai 350.000 dollari. Tuttavia, se il processo costruttivo fosse sufficientemente efficiente, l’appaltatore potrebbe compensare il costo dei materiali risparmiando su tempi e manodopera, osserva Fred Meyer, PhD, professore di ingegneria strutturale al Georgia Institute of Technology.

Oltre al prezzo dei mattoncini, un edificio in Lego dovrebbe integrare tubazioni idriche, scarichi, impianti HVAC, riscaldamento ed elettricità nei blocchi senza comprometterne l’integrità. “E se qualcosa va storto, come ci accedi?” aggiunge Meyer.

Quindi, sostituire la plastica con un altro materiale potrebbe rendere stabile una torre di blocchi a incastro? I blocchi di calcestruzzo usati comunemente per muri di contenimento potrebbero sembrare un’alternativa ovvia, perché il loro peso aiuterebbe a stabilizzare la torre. Non è così, dice Ressler: “Sarebbe davvero difficile produrre componenti in calcestruzzo che si incastrino con la precisione necessaria a generare un legame di attrito davvero forte tra le parti.”

Anche se si costruissero componenti in calcestruzzo a snap-fit, la connessione resterebbe inaffidabile. Esposta a sufficiente trazione, l’attrito che le collega si dissolve. Per questo il ferro d’armatura è fondamentale nella muratura rinforzata. “La resistenza a trazione di un blocco di calcestruzzo è tipicamente circa il 10% della sua resistenza a compressione”, dice Meyer. “Quando metti insieme calcestruzzo e barre d’acciaio sfrutti la resistenza a compressione della muratura e quella a trazione dell’acciaio.”

Dalle dimore prefabbricate militari dell’antica Roma alle case-kit di Sears, Roebuck & Co., la costruzione modulare è servita per secoli come modo rapido e semplice per plasmare il mondo intorno a noi. Ecco tre esempi innovativi di architettura simile ai Lego su scala variabile.

Nonostante la sua impraticabilità come materiale da costruzione qui sulla Terra, il mattone Lego potrebbe ancora influenzare come vivremo oltre il pianeta. La Stazione Spaziale Internazionale e strutture simili vengono costruite con grandi moduli preassemblati i cui componenti non sono pensati per essere riutilizzati dopo la missione. Ma per esplorare il sistema solare in modo efficace e sostenibile, alcuni ricercatori della NASA ritengono necessario sviluppare mattoni riutilizzabili per costruire strutture successive—proprio come si fa con i Lego.

Il progetto ARMADAS (Automated Reconfigurable Mission Adaptive Digital Assembly Systems) della NASA sta sviluppando strumenti per assemblare in autonomia habitat “altri”. I materiali usati nel progetto condividono molte analogie con i mattoncini Lego, dice Kenneth (Kenny) Cheung, PhD, project manager ARMADAS presso il NASA Ames Research Center di Mountain View, California. “Una delle lezioni meravigliose dei Lego è la precisione misurabile”, osserva Cheung. “Se accidentalmente distruggi un mattone Lego, l’utilità del resto del sistema resta.” Quando un pezzo si perde o si rompe, il team può salvare il progetto sostituendolo con un ricambio pronto all’uso.

L’obiettivo di Cheung è trasferire quel tipo di adattabilità al progetto ARMADAS per costruire cose come la stazione Gateway in orbita lunare o infrastrutture sulla superficie della Luna. E proprio come nelle costruzioni Lego, quando una struttura non serve più può essere smontata e ricostruita nella configurazione successiva.

Alla ricerca della flessibilità: prefabbricazione e architettura modulare
I Lego sono famosi per la loro modularità, efficienza e facilità d’uso. Designer, architetti e ingegneri hanno inseguito l’idea di una vita flessibile per secoli.

A.D. 100–400 / Gli eserciti romani costruiscono fortificazioni prefabbricate che possono essere montate e smontate con rapidità ed efficienza.

1849 / Fino a 5.000 “case confezionate” prodotte a Boston, New York e Philadelphia sono spedite verso ovest per ospitare i cercatori d’oro della California settentrionale.

1908 / Sears, Roebuck and Co. vende la sua prima casa prefabbricata. Nei successivi 32 anni ne venderà oltre 70.000 in 447 varianti diverse.

1920s / Lo scienziato e inventore Buckminster Fuller presenta la Dymaxion House, che include un modulo bagno prefabbricato.

1933 / Robert W. McLaughlin presenta la prima casa completamente modulare, la Winslow Ames House, a New London, Connecticut.

1942 / In un progetto clandestino il governo USA incarica lo studio Skidmore, Owings & Merrill di erigere in brevissimo tempo una cittadina prefabbricata a Oak Ridge, Tennessee, sede del progetto Manhattan.

1967 / Moshe Safdie presenta il complesso boxy Habitat 67 all’Expo di Montreal del 1967.

1990s / Interloop introduce la Klip House, simile ai Lego, con moduli renderizzati al computer che possono essere bloccati in posizione, permettendo ai residenti di espandere la casa secondo le necessità.

2020 / Per far fronte a un’ondata di pazienti COVID-19 il governo cinese erige l’ospedale Huoshenshan da 1.000 posti a Wuhan in meno di due settimane.