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Un’opera insensata? Un’impalcatura fatta di sbarre e di ferro angolare, priva di qualsiasi senso artistico? Dotata di un aspetto mostruoso? Simbolo di inutile forza? Piramide insensata?

In questo articolo vedremo come i paradigmi e la paura ad essi connessi avrebbero potuto negare all’umanità la genialità di Gustave Eiffel (Digione, 15 dicembre 1832 – Parigi, 27 dicembre 1923) e la bellezza estetica di un’opera meravigliosa fiore all’occhiello di Parigi.

Il progetto

Nel 1884 il governo francese annunciò che un’opera di dimensioni colossali sarebbe stata il testimone dell’Esposizione Universale del 1889 di Parigi. Maurice Koechlin e Émile Nouguier, due ingegneri della Compagnie des Établissements Eiffel, ne rimasero folgorati. L’idea embrionale consisteva di quattro travi reticolari, che partendo dal basso, si univano ad un pilastro centrale. Il ferro, naturalmente, era l’unico materiale utilizzabile per un’opera simile. L’aspetto estetico fu successivamente migliorato sia da Stephen Sauvestre, ingegnere capo del dipartimento di architettura della medesima società, che da Gustave Eiffel in persona.

Le proteste ed il disprezzo per l’opera

Il progetto fu così contestato e disprezzato, che si arrivò a dire che una costruzione di tale portata non si potesse affidare ad un semplice costruttore di ponti (Eiffel a quei tempi era noto per la costruzione di viadotti ferroviari in ferro).

Addirittura la rivista di architettura La Construction moderne, la definì «un’impalcatura fatta di sbarre e di ferro angolare, priva di qualsiasi senso artistico», dotata di un aspetto mostruoso, «che dà la brutta sensazione di incompiutezza».

Altri accusarono Eiffel di non essere in grado di progettare una torre resistente alle azioni del vento, ed erano scettici sul fatto che riuscisse a trovare manodopera disposta a lavorare ad altezze simili. Eiffel sapeva di possedere ottime competenze in matematica e fisica che gli avrebbero consentito di progettare un edificio che potesse resistere alla spinta del vento, inoltre i suoi operai erano abituati a lavorare ad altezze vertiginose.

Dulcis in fundo Paul Planat nel 1886 arrivò persino a organizzare una cena, alla quale vennero invitati numerosissimi studenti della École des Beaux-Arts con l’obiettivo di denigrare la Torre.

L’inizio della costruzione

Il 22 dicembre 1886 Eiffel scrisse una lettera a Édouard Lockroy, ministro per il Commercio e presidente della commissione della fiera, per comunicargli che i ritardi nell’inizio dei lavori stavano provocando una situazione molto grave. Eiffel arrivò al punto di pagare di tasca propria le spese legali dovute alla denuncia della contessa di Poix, secondo la quale la Torre Eiffel costituisse una minaccia per la sua dimora e per l’incantevole Champ de Mars luogo dei suoi quotidiani esercizi fisici, e si dichiarò persino disposto a risarcire la parte lesa in caso di crollo parziale o totale della struttura. Il 28 gennaio 1887 finalmente ebbe inizio la costruzione della Torre.

Ancora proteste

Quarantasette tra artisti e intellettuali più in vista decisero di mobilitarsi, sottoscrivendo una lettera sul giornale Les Temps, nella quale si chiedeva di bloccare immediatamente la costruzione di quella «torre ridicola e vertiginosa che sovrasta Parigi come la gigantesca ciminiera di una qualsiasi fabbrica, schiacciando ogni cosa con la sua massa barbara e sinistra».

La risposta di Eiffel fu: «Sono convinto che la torre possegga una sua intrinseca bellezza. Il principio primo dell’estetica architettonica è che le linee essenziali della costruzione coincidano perfettamente con la sua utilità. Qual è stato il principale ostacolo che ho dovuto superare nel progettare la torre? La resistenza ai venti. Io penso davvero che le curve dei suoi quattro piloni, così come sono stati creati grazie ai nostri calcoli e che si innalzano da una base colossale per restringersi gradatamente verso la cima, produrranno una meravigliosa sensazione di forza e bellezza [… Si tratterà del più alto edificio mai costruito a memoria d’uomo […]; una costruzione colossale possiede un fascino intrinseco […]. A me sembra che la Torre Eiffel sia degna di rispetto, non foss’altro perché dimostrerà che non siamo solo un popolo di persone divertenti, ma siamo anche un paese di ingegneri e costruttori, richiesti nel mondo intero per costruire ponti, viadotti, stazioni ferroviarie e i più grandi monumenti dell’industria moderna […]. Ma perché non possiamo dimostrare al mondo che siamo in grado di realizzare i più eccelsi progetti ingegneristici? […] Parigi sta per avere la più grande torre del mondo, dopotutto […]. Anzi, la torre sarà l’attrazione più spettacolare di tutta l’Esposizione».

La prima piattaforma

Nel marzo 1888 Eiffel organizzò sulla prima piattaforma un banchetto, al quale invitò ottanta giornalisti, e durante quest’occasione l’ingegnere brindò alla propria torre dichiarando: «Gli inizi sono stati difficili e mi sono state mosse critiche aspre quanto premature. Sono rimasto saldo nella tempesta, soprattutto grazie al costante sostegno di monsieur Lockroy […] e, grazie al continuo progresso della mia opera, ho fatto il possibile per guadagnare, se non l’opinione degli artisti, almeno quella degli ingegneri e degli scienziati. Desidero dimostrare che, per quanto io sia ben poca cosa, la Francia continua ad avere un posto insigne nell’arte delle costruzioni in ferro».

L’ascesa della Torre

Le condizioni di lavoro erano disagevoli, infatti gli operai lavoravano nove ore al giorno, a quote vertiginose e al gelo, visto che l’inverno 1888-1889 fu particolarmente rigido. Si convinsero che fossero sottopagati e iniziarono degli scioperi per ottenere un aumento del 4% della paga. Al fine di evitare ritardi, Eiffel si decise di avallare le loro richieste, oltre a dotarli di indumenti di pelle di montone, una mensa, tute impermeabili e vino caldo. Ciò nonostante le agitazioni continuarono ed Eiffel, temendo che un ulteriore avallo delle loro richieste avesse solo alimentato altri scioperi, decise di mostrar loro che il suo obiettivo «non era tanto d’ordine finanziario quanto dettato dal desiderio di veder coronato il successo dell’opera»; promise un premio di 100 franchi a quegli operai che avessero lavorato fino a quando non fosse stata issata la bandiera in cima alla torre e dichiarò che avrebbe licenziato chi non si fosse presentato sul luogo di lavoro il giorno seguente. Solo due operai non si presentarono e furono subito sostituiti.

Eiffel studiò delle modalità di lavoro tali che gli operai potessero difficilmente cadere nel vuoto, installando delle reti che resero il cantiere più sicuro. Lo stesso vide una sola morte, quella di un operaio italiano che cadde dai ponteggi lontano dal turno lavorativo.

L’inaugurazione

Il 1 aprile 1889 la Tour Eiffel fu aperta a un gruppo di giornalisti, politici e curiosi. Eiffel issò il tricolore francese – 4,5 metri per 1,5, con le iniziali R.F. (République Française) ricamate in oro e, dopo La Marseillaise, partirono ventuno colpi di cannone dalla seconda piattaforma.

L’apertura al pubblico

La Torre venne ufficialmente aperta al pubblico alle ore 11:50 del 15 maggio 1889, nove giorni dopo l’inizio dell’Esposizione.

Nonostante gli ascensori non funzionassero ancora i visitatori dell’Esposizione furono disposti anche a salire a piedi pur di ammirare Parigi dall’alto. Perfino quando le condizioni meteorologiche erano sfavorevoli 11-12000 persone circa visitavano la struttura, che divenne oggetto indiscusso di ammirazione.

L’infatuazione

Gli oppositori della Torre si erano ormai ridotti ad una piccola minoranza, tanto che la Torre iniziò a godere di tanta popolarità. Si trattava, dopo tutto, della struttura più alta del mondo, un primato che avrebbe perso solo nel 1930, quando fu costruito il Chrysler Building di Manhattan.

L’infatuazione per la Torre fu tale che si decise all’unanimità di non abbatterla più. Nel 1906 fu anche installata in cima una stazione radiofonica. La Torre fu fondamentale durante la prima guerra mondiale quando avvennero i primi collegamenti telefonici transoceanici e comunicazioni militari; nel 1921 fu trasmessa la prima trasmissione radiofonica pubblica d’Europa: un primato dell’epoca.

Resistenza al vento

La sagoma della torre Eiffel è dettata da considerazioni fisico-matematiche, piuttosto che estetiche, in modo che la spinta del vento sia adeguatamente contrastata: l’esigenza è quella di ridurre il momento ribaltante, tanto è vero che il suo profilo riesce a convertire le sollecitazioni di flessione e taglio in sollecitazioni di compressione alla base, scaricando a terra il peso proprio e la spinta del vento.

Cari W. Condit nello scritto Il controventamento dei fabbricati riporta quanto segue:

Eiffel aveva posto a base del calcolo due ipotesi di spinta del vento:

1.      carico uniforme dalla cima alla base di 300 kg/m2; momento flettente massimo alla base della torre di 50 milioni di kgm e uno sforzo di taglio massimo di 66960 kg;

2.      carico variabile linearmente fra 400 kg/m2 in cima e 200 kg/m2 al suolo; momento flettente di 59 milioni di kgm e lo sforzo di taglio i 73050 kg.

Se i supporti della torre fossero stati perpendicolari al terreno, il momento flettente al suolo sarebbe stato di 225 milioni di kgm. Eiffel ridusse in modo drastico questa enorme forza di rovesciamento, trasferendola al vincolo tramite i quattro tralicci portanti fortemente incurvati che compongono la struttura di base.

Il fatto che Eiffel abbia scelto una struttura reticolare è un altro stratagemma per ridurre la spinta del vento, infatti le numerose maglie triangolari che la costituiscono, riducono l’area esposta al vento, ma la sua genialità non finisce qui.

Lo stesso Eiffel affrontò il problema del controventamento della Torre il 30 settembre 1885 in una conferenza alla Società degli Ingegneri Civili:

«[Si tratta di] eliminare dalle superfici verticali le grandi sbarre dei tralicci destinate a resistere all’azione del vento. Ecco perché il pilone è disposto in modo che lo sforzo di taglio dovuto al vento passi all’interno dei montanti degli spigoli […] Le tangenti ai montanti in punti situati alla medesima altezza finiscono sempre per incontrarsi nel punto di passaggio della risultante delle azioni che il vento esercita sulla parte di pilone sovrastante i punti considerati […] Prima di riunirsi in vetta a un’altezza così elevata, i montanti sembrano scaturire dalla terra e, in qualche maniera, fondersi sotto l’azione stessa del vento».

Analizziamo il diagramma di corpo libero della parte sopra la sezione M-N.

La condizione di equilibrio alla rotazione è tale che la somma dei momenti rispetto a qualsiasi punto fisso deve essere pari a zero. Fin quando P, P1 e P3 passano per la cuspide delle linee tratteggiate, la forza P2 agente sul controvento è pari a zero. Eiffel escogitò un metodo con cui contrastare le azioni del vento senza l’utilizzo di controventi, ottenendo due vantaggi: riduzione del peso e della superficie esposta al vento.

La Torre in cifre (dal libro The Eiffel tower)

– Il primo modo di vibrare flessionale della torre avviene alla frequenza di 0.3 Hz

– Composizione: 18.038 elementi metallici e 2.500.000 rivetti

– Peso della carpenteria in metallo: 7.300 tonnellate

– Costo totale: 7.800.000 franchi-oro

– Numero di gradini: 1665 a partire dal suolo

– Verniciatura: i 200.000 metri quadri di superficie della torre vengono riverniciati ogni sette anni, per un totale di 60 tonnellate di vernice applicate in un intervento di durata 16 mesi per un costo totale di 3 milioni di euro

– Altezza complessiva nel 1889 (dal suolo alla bandiera): 312,27 metri

– Spostamento della vetta: sotto l’azione del calore fino a 18 centimetri, sotto l’azione del vento fino a 7 centimetri

ENGLISH VERSION

A senseless work? A scaffold of bars and iron with no artistic sense? A monstrous appearance? A symbol of useless power? An absurd pyramid?

In this article, we will explore how the paradigms of the time and the fear associated with them could have deprived humanity of Gustave Eiffel’s genius (Dijon, December 15, 1832 – Paris, December 27, 1923) and the aesthetic beauty of a marvelous structure, now the pride of Paris.

The Project

In 1884, the French government announced that a colossal structure would be the centerpiece of the 1889 World’s Fair in Paris. Maurice Koechlin and Émile Nouguier, two engineers from the Compagnie des Établissements Eiffel, were struck by this idea. Their initial design featured four lattice towers that merged into a central pillar. Naturally, iron was the only material suited for such a project. The design was later refined both by Stephen Sauvestre, chief engineer of the company’s architecture department, and by Gustave Eiffel himself.

Protests and Contempt for the Tower

The project was met with such opposition and disdain that some said a structure of such magnitude should not be entrusted to a mere bridge builder (at that time, Eiffel was known for constructing iron railway viaducts).

Even the architecture magazine La Construction Moderne called it “a scaffold made of bars and angular iron, devoid of any artistic sense,” describing it as monstrous, giving the unpleasant impression of being unfinished. Others accused Eiffel of being incapable of designing a tower resistant to wind forces, and they were skeptical about finding workers willing to work at such heights.

Eiffel, however, was confident in his mathematical and physical skills, which would allow him to design a structure that could withstand wind pressure. Moreover, his workers were accustomed to working at dizzying heights.

In 1886, Paul Planat went so far as to organize a dinner, inviting numerous students from the École des Beaux-Arts with the goal of ridiculing the Tower.

The Beginning of Construction

On December 22, 1886, Eiffel wrote a letter to Édouard Lockroy, Minister of Commerce and president of the fair’s commission, warning him that delays in starting the project were creating a serious situation.

Eiffel even paid out of his own pocket for the legal fees arising from the lawsuit by the Countess of Poix, who claimed the Eiffel Tower threatened her home and the beautiful Champ de Mars, where she performed her daily exercises. He even declared himself willing to compensate her if the structure partially or fully collapsed. On January 28, 1887, construction finally began.

More Protests

Forty-seven prominent artists and intellectuals mobilized, signing a letter in the newspaper Les Temps demanding an immediate halt to the construction of the “ridiculous and dizzying tower that looms over Paris like a gigantic chimney of a factory, crushing everything with its barbaric and sinister mass.”

Eiffel responded, “I am convinced the tower possesses its own intrinsic beauty. The first principle of architectural aesthetics is that the essential lines of a structure align perfectly with its utility. What was the main obstacle I had to overcome in designing the tower? Wind resistance. I truly believe the curves of its four pillars, as shaped by our calculations, which rise from a colossal base and taper gradually towards the top, will create a wonderful sensation of strength and beauty […] It will be the tallest building ever constructed by man […]; such a colossal structure possesses an intrinsic charm […]. It seems to me that the Eiffel Tower is worthy of respect, if only because it will prove we are not just a people known for amusement, but also a nation of engineers and builders, sought after worldwide to construct bridges, viaducts, railway stations, and the greatest monuments of modern industry […]. But why shouldn’t we show the world that we can realize the most ambitious engineering projects? […] Paris is about to have the tallest tower in the world, after all […]. Indeed, the tower will be the most spectacular attraction of the entire Exposition.”

The First Platform

In March 1888, Eiffel organized a banquet on the first platform, inviting eighty journalists. During the event, he toasted to his tower, stating, “The beginnings were difficult, and I was met with harsh and premature criticism. I stood firm through the storm, especially with the constant support of Mr. Lockroy […] and, thanks to the steady progress of my work, I have strived to win, if not the approval of artists, at least that of engineers and scientists. I wish to demonstrate that, although I am but a small figure, France continues to hold an esteemed position in the art of iron construction.”

The Tower’s Ascent

Working conditions were harsh: the workers labored nine hours a day, at dizzying heights, and in freezing conditions, as the winter of 1888–1889 was particularly cold. The workers felt they were underpaid and began striking for a 4% wage increase. To avoid delays, Eiffel agreed to their demands and also provided them with sheepskin clothing, a canteen, waterproof suits, and hot wine. However, unrest continued, and Eiffel, fearing further concessions would spark more strikes, showed the workers that his goal “was not so much financial but driven by the desire to see the project successfully completed.” He promised a bonus of 100 francs to those who worked until the flag was hoisted at the top of the tower and declared that anyone absent the following day would be dismissed. Only two workers did not show up, and they were immediately replaced.

Eiffel devised work methods to prevent workers from falling, installing safety nets that made the site much safer. In the end, there was only one fatality: an Italian worker who fell from the scaffolding outside working hours.

The Inauguration

On April 1, 1889, the Eiffel Tower was opened to a group of journalists, politicians, and curious onlookers. Eiffel hoisted the French tricolor flag—4.5 meters by 1.5 meters, with the initials “R.F.” (République Française) embroidered in gold—and after La Marseillaise was played, twenty-one cannon shots were fired from the second platform.

Opening to the Public

The tower officially opened to the public at 11:50 AM on May 15, 1889, nine days after the start of the Exposition. Even though the elevators were not yet operational, visitors were eager to climb the stairs to admire the view of Paris. Despite bad weather, around 11,000–12,000 people visited the structure, which became an undeniable object of admiration.

Popularity

The opponents of the Tower had dwindled to a small minority, and the structure began to enjoy widespread popularity. After all, it was the tallest structure in the world, a record it would hold until 1930, when the Chrysler Building in Manhattan was completed.

The love for the Tower grew to the point that it was unanimously decided not to demolish it. In 1906, a radio station was installed at its top. The Tower played a crucial role during World War I, facilitating the first transoceanic telephone connections and military communications. In 1921, the first public radio broadcast in Europe was transmitted from the Eiffel Tower, a milestone of the time.

Wind Resistance

The shape of the Eiffel Tower is dictated by physical and mathematical considerations rather than aesthetics, ensuring that wind pressure is adequately countered. The goal was to reduce overturning moments. Its profile efficiently converts bending and shearing stresses into compression forces at its base, transferring both its own weight and wind pressure into the ground.

Cari W. Condit, in his work The Bracing of Buildings, reports the following:

Eiffel based his calculations on two hypotheses regarding wind pressure:

1.      A uniform load from top to bottom of 300 kg/m², with a maximum bending moment at the base of the tower of 50 million kgm and a maximum shear force of 66,960 kg.

2.      A variable load linearly decreasing from 400 kg/m² at the top to 200 kg/m² at the base, with a bending moment of 59 million kgm and a shear force of 73,050 kg.

If the supports of the tower had been perpendicular to the ground, the bending moment at the base would have been 225 million kgm. Eiffel drastically reduced this enormous overturning force by transferring it to the foundation through the four strongly curved supporting trusses that make up the base of the structure.

The fact that Eiffel chose a lattice structure was another strategy to reduce wind pressure. The numerous triangular meshes reduce the area exposed to the wind, but his genius does not stop there. Eiffel himself addressed the issue of bracing the tower on September 30, 1885, in a conference at the Society of Civil Engineers:

“[The goal is] to eliminate from the vertical surfaces the large truss bars intended to resist the action of the wind. This is why the pylon is designed in such a way that the shear force caused by the wind passes through the inner edges of the uprights […] The tangents to the uprights at points situated at the same height always meet at the point where the resultant force of the wind on the part of the pylon above the considered points passes through […] Before converging at the top at such a great height, the uprights seem to emerge from the ground and, in a way, merge under the very action of the wind.”

Let’s analyze the free-body diagram of the section above the M-N point. The condition of rotational equilibrium requires that the sum of moments with respect to any fixed point be zero. As long as P, P1, and P3 pass through the apex of the dashed lines, the force P2 acting on the bracing is zero. Eiffel devised a method to counteract wind forces without using additional bracing, achieving two benefits: reducing weight and decreasing the area exposed to the wind.

The Tower in Numbers (from the book The Eiffel Tower)

·        First bending vibration mode frequency: 0.3 Hz

·        Composition: 18,038 metallic elements and 2,500,000 rivets

·        Weight of the metal framework: 7,300 tons

·        Total cost: 7,800,000 gold francs

·        Number of steps: 1,665 from the ground

·        Painting: The 200,000 square meters of the tower are repainted every seven years, requiring 60 tons of paint, over 16 months, at a total cost of 3 million euros.

·        Total height in 1889 (from ground to flag): 312.27 meters

Top displacement: Up to 18 cm from heat expansion, and up to 7 cm from wind pressure.

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