Tensostrutture | Wikitecnica.com

Tensostrutture

Tipologie di sistemi strutturali a funi e spaziali.
Tipologie di sistemi strutturali a funi e spaziali.

Definizione – Etimologia

Tipologia costruttiva composta da elementi che risultano essere sollecitati esclusivamente da sforzi di trazione semplice.
Dal latino tensus, tendere, le tensostrutture si possono suddividere in due categorie: sistemi con funi e sistemi spaziali. Le prime comprendono i sistemi strallati, sistemi sospesi a reti di funi realizzati con elementi lineari soggetti a soli sforzi di tensione. Le seconde prevedono una conformazione a maglia sospesa composta da membrane e sistemi reticolari di funi fissate tramite supporti verticali.
Le tensostrutture sono sistemi strutturali adatti a coprire grandi luci nel caso dei sistemi strallati e ampie superfici nel caso di membrane semplicemente tese. Il principio di funzionamento di una tensostruttura è quello di far collaborare una struttura portante rigida con un elemento superficiale che sottoposto a tensione conferisce stabilità all’insieme.

Evoluzione delle tensostrutture

In base al rapporto esistente fra peso portante (peso dei materiali più i carichi permanenti) su peso portato (carichi accidentali) vengono classificate le strutture in leggere e pesanti. Rapporti maggiori di uno individuano strutture pesanti, minori di uno quelle leggere.
La sempre maggiore leggerezza degli elementi costruttivi ha permesso di ridurre il peso proprio della strutture passando dai 15 kN/m2 al tempo dei Romani a qualche decina N/m2 delle coperture sospese.
L’utilizzo di acciai a elevate prestazioni ha alleggerito il peso dei manufatti aprendo così l’era dell’architettura leggera. Sono disponibili sul mercato funi metalliche aventi una resistenza unitaria di media di 1500 N/mm2 che raggiungono il carico di rottura sotto il peso proprio alla lunghezza di 20 Km.
Pertanto, considerando gli opportuni coefficienti di sicurezza e i sovraccarichi di esercizio, realizzare luci con funi di un chilometro è stato molto agevole per i progettisti. Si è potuto cosi passare da sistemi costruttivi a comportamento contraddistinto dalla ‘resistenza per massa’, a tensostrutture con coperture sottili che hanno stabilità dovuta alla forma (stabilità di forma).
La tecnica delle tensostrutture consente di realizzare strutture snelle e molto leggere, adattabili facilmente a forme architettoniche sempre più evolute e capaci di coprire grandi spazi senza interposizione di opere verticali di sostegno.
Le strutture a grande luce in acciaio nascono nell’Ottocento insieme all’avvento della ferrovia, con motivazioni soprattutto funzionali, dal momento che era necessario risolvere problemi legati alla mobilità dei passeggeri nelle stazioni ferroviarie.
Un grande innovatore nel campo delle tensostrutture e delle membrane è l’architetto tedesco Frei Otto. Dedica tutta la sua attività di ricerca sulle coperture sospese e alle strutture in tensione, esaminando il problema dal punto di vista costruttivo, economico, funzionale ed espressivo. Il contributo di Frei Otto alle tensostrutture e alle architetture leggere è stato fondamentale. Egli dice: “Io ho cominciato questa sperimentazione perché nel dopoguerra bisognava cercare di risparmiare, quindi costruire con poco”. Costruire con poco materiale a causa del costo dei materiali, da questa considerazione e necessità sono dunque partiti gli studi, le sperimentazioni e la ricerca sul rapporto con la natura, riuscendo così a mutuare nelle sue opere, strutture biologiche nel campo dell’architettura. Un esempio della sua maestria sono le coperture realizzate per le aree olimpiche di Monaco di Baviera nel 1972 .

Sistemi con funi strallate

Nel 1741 in Inghilterra, nella contea di Durham, fu costruita la prima passerella pedonale permanente che impiegava catene di ferro. Questo probabilmente fu il primo ponte sospeso di rilievo in Europa.
Le strutture strallate impiegano piloni compressi verticali o inclinati, dai quali corrono cavi rettilinei sino ai punti di collegamento con un impalcato, oppure con elementi di copertura orizzontali.
Un ponte strallato ha la caratteristica di avere l’impalcato retto da una serie di cavi (gli stralli) ancorati a piloni (o torri) di sostegno.
I ponti strallati si stanno imponendo come soluzione ideale per superare le medie e grandi luci di uno o più centinaia di metri. Il Ponte de l’Iroise a Brest in Francia lungo 800 metri, ha distanza tra i due piloni di 400 metri largo 23,1 metri, alto 27,55 metri e con i due piloni alti 115 metri.

Sistemi spaziali

Le strutture a curvatura singola ricalcano fondamentalmente quella dei ponti sospesi, in quanto la copertura è collegata alle funi portanti tramite tiranti verticali con la stessa tecnologia per l’impalcato stradale.
Le strutture a doppio cavo (T piane o travi in fune) sono costituite da una coppia di funi pretese collegate fra loro da tiranti verticali in cui possono essere entrambe concave o convesse. Le strutture a doppia curvatura sono conosciute anche come sistemi spaziali in cui le funi portanti (convesse) e quelle tenditrici (concave) e che svolgono una funzione stabilizzante non sono più nello stesso piano ma in piani verticali distinti, il più delle volte ortogonali tra loro. Tale sistema di stabilizzazione è analogo a un tessuto in cui le portanti sono la trama e le tenditrici l’ordito. La forma base di tale tessuto più frequentemente impiegata far i sistemi spaziali è quella del paraboloide iperbolico anche detto Hyphar.
Particolare importanza all’interno dei sistemi spaziali rivestono le strutture a membrana, conosciute anche come architetture tessili. Tali strutture sono completamente impostate sulla rigidezza della forma. La libertà di poter scegliere tra varie forme (ad esempio doppia curvatura, membrana insellata), a differenza di altri materiali che permettono solo curvature semplici o superfici piane, apre molteplici impieghi nelle architetture tessili.
Al fine di realizzare strutture stabili, la superficie delle membrane deve necessariamente essere a doppia curvatura, una convessa e una concava.
Oltre alla membrana, che rappresenta la parte più visibile, le T devono la loro forma a un telaio rigido, tradizionalmente, ma non obbligatoriamente composto da carpenteria in acciaio.
La grande tensostrutture a membrana del The O2 di Londra, ha una circonferenza di un chilometro e un’altezza di cinquanta metri; è sospesa ad un gruppo di dodici alberi d’acciaio, ciascuno alto cento metri, tenuti in posizione da oltre settanta chilometri di funi ad alta resistenza.

Bibliografia

AA. VV., Atlante delle Tensostrutture, Torino, 2001, pag. 9-36; Guglielmi E., Storia dell’Architettura, Roma, 2006, pag. 425-436; Otto F., Finding form Towards, an Architecture of the Minimal, Fellbach, 1996, pag. 18-32.

Tensostrutture

Wikitecnica.com