Le coperture di grande luce: i gusci in cemento armato
In Spazio, tempo e architettura (p. 466) Giedion si chiede: «Quale sarà la copertura del nostro tempo, del futuro grande edificio pubblico? Le lastre in cemento armato, specialmente quelle sottili quanto un guscio d’uovo, che possono essere curvate come un cartone, hanno la vivacità e la durata che apprezziamo». La doppia curvatura della lastra genera la straordinaria resistenza di questo elemento che diventa «capace di portare non solo secondo la direzione della sua curvatura, come l’arco di pietra, ma anche secondo la sua generatrice. Si passa dal concetto di lastra portante a quello di superficie portante, come nelle cisterne di Monier per usi agricoli, ottenendo così un elemento portante tridimensionale capace di coprire vaste aree con uno spessore minimo: 5 – 8 cm per 40-50 m di portata, lo stesso rapporto tra spessore e larghezza del guscio dell’uovo»*. La prima sperimentazione di questa tecnica si può attribuire a J. L. Lambot che intorno al 1848 costruisce così un piccolo battello, seguito nel 1849 dal citato Monier, le cui ricerche porteranno al suo celebre brevetto depositato in Francia nel 1867, in cui erano descritte le sottili pareti in calcestruzzo armato applicabili anche a superfici curve per la costruzione di serbatoi e volte.
* Michelis Panayotis A., Estetica del cemento armato (1963), tr. it. Vitali e Ghianda, Genova, 1968, p. 77
Le coperture di grande luce: i gusci in cemento armato II
Mercato di Algeciras con copertura a guscio. Architetto Eduardo Torroja
I gusci in cemento armato e le reti di cavi
I costruttori francesi, per i quali l’intuizione strutturale aveva la supremazia sul calcolo, continuano a sperimentare la nuova tecnica tra fine ‘800 e inizio ‘900. P. Cottancin costruisce per le cartiere Montgolfier a La Haye-Descartes una volta a vela sottile, nervata, della luce di 17 mt prima del 1895; l’imprenditore S. Boussiron brevetta nel 1906 un metodo per la copertura di canali con volte sottili a tre articolazioni e, nel 1910, completa la realizzazione della sala della stazione di Bercy a Parigi, considerata la prima volta sottile costruita in Francia e forse nel mondo.
Tra le altre realizzazioni ci furono i depositi di Batignolles (1911), di La Garenne-Bezons (1913), della A. e G. Perret Frères, quelli Wallut a Casablanca (1915), con volte in cemento spesse 3 cm in chiave per una portata di 10 mt.
Nelle sperimentazioni francesi e tedesche per la prima volta il calcestruzzo armato è usato per grandi coperture e, soprattutto, libero dall’essere «arte eminentemente ortogonale»* come la definì Le Corbusier, e per nuove forme che si moltiplicheranno nell’unione alle reti di cavi, come nel padiglione Philips all’Expò di Bruxelles (1958) dello stesso Le Corbusier.
* Le Corbusier, L’exposition Spéciale d’Architecture, «L’Esprit Nouveau», n. 23, maggio 1924
Il padiglione Philips all'Expò di Bruxelles, 1958. Architetto: Le Corbusier
Calcolo e forma nei gusci in cemento armato
Il brevetto Monier è acquistato da imprese in Austria e in Germania, dove la Dywidag (ex Dyckeroff & Widmann A. G.) fa ricerche su metodi di calcolo di facile applicazione per il progetto delle “volte Monier”, ricerche utili per sancire forse la supremazia tedesca in tali sperimentazioni nei primi decenni del XX secolo.
Viene così fuori il nuovo patrimonio di forme possibili, di smisurata complessità, che suggerisce ai primi studiosi della Zeiss-Dywidag, quali F. Dischinger, W. Bauersfeld di limitarsi alle forme più semplici (superfici di rotazione e di traslazione), a quelle descrivibili esattamente con gli strumenti della geometria. Nasce il metodo Zeiss-Dywidag per il calcolo delle superfici di rivoluzione e poi per le volte di traslazione. Con esso saranno realizzate le cupole semisferiche di Iena (1925-26), la sala del mercato di Francoforte sul Meno (1926-28), quella di Lipsia (1928-29).
Si consolida quindi, intorno al secondo conflitto mondiale, la competizione tra i fautori del metodo scientifico e quelli del metodo intuitivo-sperimentale e le volte sottili in calcestruzzo armato iniziano a diffondersi nel mondo.
Gli sperimentatori della nuova tecnica si troveranno per primi a dover affrontare, nella costruzione della grande copertura, i problemi posti dall’uso di un materiale opaco che non consente il passaggio della luce naturale.
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili
Le strutture si alleggeriscono e si assottigliano ma rispetto al ferro e vetro restano opache. Il comportamento “a membrana” esige la lamina continua, priva di tagli o bucature, come nel guscio dell’uovo, poiché esso consiste nella quasi totale eliminazione degli sforzi flessionali a vantaggio delle tensioni superficiali disposte nel piano della lamina stessa, e è caratterizzato dalla presenza di turbolenze del regime tensionale in prossimità dei bordi; lungo il confine del guscio, infatti, il comportamento a membrana della struttura si altera e dà nuovamente luogo all’insorgere di sollecitazioni flessionali che possono essere compensate a condizione di trasformare il bordo in una vera e propria trave capace di assorbire la flessione o di sagomare il guscio secondo le linee interne di distribuzione delle sollecitazioni.
A fronte di questa complessità si affermano sostanzialmente due modi di portare la luce naturale all’interno della grande copertura: traforare la lamina, seguendo le complesse giaciture dettate dal regime tensionale interno, oppure sollevarne notevolmente i bordi ed, eventualmente, ispessirli.
Il principale interprete della lamina traforata sarà l’ingegnere E. Torroja nella breve attività di costruttore e poi nel periodo dell’insegnamento e della ricerca.
Fronton Recoletos, Madrid, 1935 distrutto nella guerra civile spagnola. Arch. E. Torroja
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili II
Nel Mercato «la calotta sferica di 47,6 metri di luce – racconta lo stesso Torroja – appoggia direttamente su otto supporti, collegati fra loro da un anello poligonale post-teso. Gli spioventi della volta, fra supporti adiacenti, vengono tagliati da lunette formate da volte cilindriche perimetrali ribassate. Queste costituiscono le protezioni delle porte e, nel contempo, irrigidiscono la cupola ed incanalano i fasci di isostatiche verso i supporti»*. Così risulta brillantemente risolto il tema del bordo della membrana, in cui le spinte derivanti dal teorico taglio sono bilanciate dagli 8 aggetti a forma di unghia; questa particolare conformazione della fascia perimetrale della copertura rende impossibile far penetrare nell’edificio la luce dalle pareti verticali e lo obbliga a optare per la luce zenitale; nasce quindi un grande lucernario centrale, anch’esso in calcestruzzo armato, di forma ottagonale, dotato di un fitto disegno di aste complanari con il guscio, che formano, a loro volta, un reticolo di maglie triangolari. La luce piove dall’alto, filtrata dalla ricca trama di questo reticolo e disegna all’interno della sala un prezioso ricamo di luci e ombre.
* Torroja Eduardo, La concezione strutturale, Città Studi, Milano, 1995, pp. 138-139
Disegni del mercato di Algeciras costruito nel 1933. Architetto Eduardo Torroja
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili III
Nel Mercato di Algeciras del 1933 e nel Frontòn Recolétos di Madrid del 1935, Torroja recupera la capacità di disegnare lo spazio attraverso la luce che era propria delle costruzioni in ferro e vetro.
Forse più significativo è il progetto della luce nel Frontòn Recolétos, sala per il gioco della pelota basca, progettato con l’architetto S. Zuazo. La copertura in calcestruzzo armato di questo edificio «formata da due lobuli longitudinali, copriva i 55 metri della sala scaricandosi principalmente sui muri frontali, e solo in misura molto ridotta su quelli laterali. La forma e l’orientamento dei lobuli rispondevano a motivi funzionali di illuminazione, legati all’utilizzazione della superficie interna»*. Un progetto che parte proprio dall’utilizzo della luce naturale, come racconta lo stesso Torroja e che estremizza la sperimentazione strutturale rispetto al Mercato di Algeciras: la lamina di calcestruzzo, già sottilissima, si smaterializza ulteriormente, attraverso bucature ordite secondo l’accostamento di piccoli triangoli, in maniera da formare due losanghe traforate che orientano la luce naturale all’interno del grande invaso secondo le necessità funzionali del gioco e dello spettacolo.
* Torroja Eduardo, La concezione strutturale, Città Studi, Milano, 1995, p. 217
Fronton Recoletos, Madrid, 1935, distrutto nella guerra civile spagnola. Arch. E. Torroja
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili IV
Il contributo di Torroja si esplica soprattutto nell’ostinata convinzione che le strutture vadano capite piuttosto che calcolate: da qui l’elaborazione di un metodo di progettazione e calcolo delle volte sottili che consiste in un sistema di prove, attraverso le quali misurare le deformazioni che si producono in una serie di modelli appositamente realizzati in vari materiali, che lo porterà a rappresentare in Europa il punto di riferimento degli avversari della scuola tedesca.
Felix Candela (convinto che la forza delle strutture non dovesse discendere dalla massa) rappresenta per certi aspetti il contraltare di Torroja; partecipa alla guerra civile spagnola alla fine della quale è costretto a emigrare in Messico dove realizza più di 500 opere di cui più di 400 includono volte sottili in calcestruzzo armato.
Al contrario del suo illustre predecessore egli fa della pratica costruttiva l’unica ragione della sua esistenza professionale; tale atteggiamento, unito alle favorevoli condizioni ambientali, trovate in una nazione in cui i regolamenti e le norme edilizie erano molto più blande e meno costrittive di quelle della vecchia Europa, lo porterà a essere il principale costruttore di volte sottili in calcestruzzo armato della storia.
Ristorante Los Manantiales a Xochimilco in Messico, 1985. Architetto Felix Candela
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili V
Nel Ristorante Los Manantiales, Candela, con gli architetti J. e F. Alvarez Ordóñez, raggiunge il culmine nella sua straordinaria capacità di comprensione e di gestione delle geometrie complesse dei gusci, in particolare del paraboloide iperbolico (superficie a doppia curvatura realizzata con la traslazione di una parabola lungo un percorso iperbolico). L’edificio è un’aggregazione radiale di 8 spicchi di paraboloide iperbolico che s’incontrano lungo 8 diagonali paraboliche, di luce massima di 30 mt. Il bordo esterno è realizzato con una sezione della lamina con un piano fortemente inclinato verso l’esterno che taglia il guscio ancora secondo una sagoma parabolica. Questo complicato disegno consente di sollevare, secondo una linea sinusoidale, il bordo rispetto al centro, in modo da captare più luce naturale possibile e rendere visibile, dall’esterno dell’edificio, l’estrema sottigliezza della copertura laminare «semplificando i metodi di calcolo della bibliografia strutturale, ricercando una comprensione più diretta, più concreta e più empirica della costruzione in cemento… Candela agisce come un artigiano costruendo direttamente a partire dalla materia che manipola» *
* Ordóñez Josè A. Fernàndez, “Recoletos (voûte des)”, s.v. in Aa. vv., L’art de l’ingénieur, p. 401
Ristorante Los Manantiales, Xochimilco, Messico, 1985. Disegni. Architetto Felix Candela
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili VI
La superficie del paraboloide iperbolico di Candela presenta la fondamentale caratteristica di essere rigata cioè realizzabile anche attraverso una doppia traslazione di segmenti rettilinei su due generatrici, anch’esse rettilinee, e sghembe nello spazio. Ciò consente di realizzare casseforme non troppo complesse e costose, costituite da elementi lignei lineari, orditi secondo la rigatura stessa della superficie.
La costruzione delle casseforme è altro tema, assai rilevante nella storia delle volte sottili. A esso, in Italia Nervi offre un valido contributo.
«La preparazione delle casseforme in legno si presenta particolarmente laboriosa e costosa, per l’impossibilità di preparare con tavole rettilinee le superfici a doppia curvatura. Il sistema messo a punto per il Palazzetto dello Sport consiste nello scomporre la superficie da costruire in porzioni da circa 2 a 4 m2 e di preparare ognuno di questi elementi su un’apposita dima, riproducente la superficie da costruire, cosicché, affiancati, vengano a ricostruirla esattamente. Ogni elemento ha i bordi sagomati e accostando gli elementi si creano canali di circa 10 ÷ 15 cm di larghezza, i quali, previo collocamento di opportune armature in tondino e successivo getto di conglomerato, diventano altrettante nervature resistenti»*.
* Nervi Pier Luigi, Costruire correttamente, Hoepli, Milano, 1965, pp. 34-35
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili VII
Palazzetto dello Sport, Roma, 1956. Ing. Pierluigi Nervi
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili VIII
Il Palazzetto dello Sport di Roma, realizzato nel 1956 con l’architetto A. Vitellozzi, è un ulteriore esempio dell’importanza che assumono i bordi dei gusci. Siamo comunque in presenza di un guscio anomalo sia perché appoggia su pilastri sia perché il suo intradosso risulta solcato da una rete di nervature. Il guscio sottile, infatti, è sostenuto da un’elegante teoria di 36 sostegni a forma di “Y”, anch’essi realizzati in calcestruzzo armato, fortemente inclinati a completare la sagoma del grande segmento di cupola sferica.
Nervi sagoma il bordo del guscio secondo una geometria ondulata, che, oltre a evidenziare figurativamente la linea di giunzione tra lamina e sostegni, attribuisce al guscio una maggiore rigidezza, proprio in corrispondenza del suo perimetro.
Tutta l’opera di Nervi, in realtà, è improntata all’ibridazione di forme e comportamenti strutturali diversi ed è connotata dalla vulcanica creatività di un talento strutturale che rifugge dalle soluzioni tipizzate e che quindi considera ogni singola costruzione una sfida diversa, condizionata anche dalla strategia esecutiva: «si comprende che la prefabbricazione richiede un ripensamento integrale della struttura che deve essere appositamente progettata come un insieme formato da elementi staccati che vengono successivamente uniti fra loro» *.
* Torroja Eduardo, La concezione strutturale, Città Studi, Milano, 1995, p. 88
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili IX
Tra le coperture laminari che bilanciano gli sforzi anomali generati in prossimità del bordo del guscio con l’ispessimento della lamina c’è la struttura quadrilobata del Terminal Twa dell’aeroporto di New York, costruito da E. Saarinen con gli ingegneri della Amman & Whitney nel 1962, in cui lo spessore della lamina in calcestruzzo armato cresce dai 15 fino ai 91 cm in corrispondenza dei bordi. Il bordo non esile si raccorda plasticamente ai quattro grandi supporti verticali a forma di “Y”, sempre in calcestruzzo armato, così da rafforzare l’immagine organica della costruzione. La particolare sagoma del bordo consente di riquadrare i quattro lobuli e di separarli leggermente, lasciando penetrare delle vere e proprie lame di luce che, oltre a garantire un sufficiente livello di illuminazione naturale, rendono visibile e drammatizzano la partizione della copertura anche dall’interno sottolineando i lievi cambi di inclinazione della lamina. La complessa cassaforma, sorretta da un ponteggio composto da 5.500 pezzi, è stata realizzata con 400 pannelli di legno nervati costruiti fuor d’opera e assemblati in situ grazie alla definizione spaziale di altrettanti punti chiave la cui posizione era controllata tramite computer per contenere la tolleranza nel limite di 6 mm.
Il terminal Twa di Idlewild, New York. Architetto Eero Saarinen, ingegneri Amman & Whitney
Strutture resistenti per forma: gusci e volte sottili X
Altro grande interprete delle volte sottili è stato l’ingegnere svizzero H. Isler.
Egli inventa un metodo per la progettazione di gusci disegnati a partire da geometrie funicolari, impostato sulla realizzazione di plastici in scala ridotta, realizzati con pezzi di tessuto assemblati, sospesi e quindi impregnati di una speciale sostanza plastica.
I modelli essiccati assumono la rigidezza necessaria per poter essere capovolti e per riprodurre la forma del guscio; il procedimento, ispirato ad alcune pratiche di costruttori delle cattedrali gotiche, consente di ottenere forme funicolari in cui tutte le parti della lamina sono sottoposte esclusivamente a compressione e consente di sperimentare figure derivanti da geometrie estremamente complesse.
Isler costruisce così la copertura del Garden Center di Wyss di Soleure del 1961, grande calotta dotata di bordi aggettanti per coprire le vetrate perimetrali e l’Edificio della Sicli Company di Ginevra del 1969, guscio di forma complessa appoggiato su 7 supporti della luce massima di 54 mt e dello spessore di 9 cm. Tali strutture risultano così ben sagomate che l’acqua piovana non ristagna in alcun punto così da rendere non indispensabile la posa di ulteriori elementi di impermeabilizzazione.
Plastico studio per la realizzazione di un guscio in calcestruzzo armato. Ing. Heinz Isler
Strutture resistenti per forma: reti di cavi
Ultime nate in ordine di tempo, nel settore delle tecnologie per la realizzazione delle grandi coperture, le strutture a reti di cavi, e più generalmente le tensostrutture, sono quelle che probabilmente si riferiscono all’archetipo più antico: la tenda. Ma prima di arrivare alle vere e proprie tensostrutture, come oggi abbiamo imparato a conoscerle, è opportuno fare cenno alla vicenda di alcune strutture fondate sull’uso di elementi tesi.
Strutture resistenti per forma: reti di cavi II
La sala ovale all'esposizione Nijni Novgorod, 1896. Ingegnere Vladimir Choukhov
Strutture resistenti per forma: reti di cavi III
Vero punto di partenza di tale vicenda si può probabilmente considerare la Rotonda dell’esposizione pan-russa di Nijni-Novgorod costruita nel lontano 1896 da Vladimir Choukhov. Rainer Graefe così la descrive: «la copertura della rotonda (68,30 mt di diametro, 15 mt di altezza) si compone di due strutture di tetto sospese. Tra un anello rigido portato da 16 pilastri e un simile anello compresso, situato sul muro esterno, è teso un reticolo costituito di 640 ferri piatti rivettati gli uni agli altri … Questo reticolo è ricoperto da lamiere metalliche bucate dall’apertura di finestre di forma esagonale e quadrata. L’anello interno, di 25 mt di diametro, sostiene una membrana di lamiera rivettata della forma di una calotta piatta … un’altra struttura di copertura del tutto inedita. Le acque pluviali sono evacuate attraverso due tubi sistemati sotto la superficie della lamiera. La sollecitazione di trazione esercitata sull’anello portante dalla rete esterna sospesa è in parte assorbita dalla membrana in lamiera agganciata all’interno»*.
* Graefe Rainer, “Nijni-Novgorod (rotonde de l’exposition panrusse à)”, s.v. in Aa. vv., L’art de l’ingénieur, cit., p. 334
Sala all'esposizione Nijni Novgorod. Ingegnere Vladimir Choukhov
Strutture resistenti per forma: reti di cavi IV
Quasi simultaneamente, da un’idea del giovane architetto M. Nowicki e da alcuni studi preliminari di W. H. Deitrick, l’ingegnere norvegese F. Severud concepisce la Raleigh Arena. Sperimentatore “a tutto campo”come Choukhov, egli si interesserà anche di strutture pneumatiche e di alcuni metodi per realizzare calcestruzzi ad alta densità superficiale; realizza con E. Saarinen il grande arco di Saint Louis, a sezione triangolare come i fili d’erba.
Il grande edificio (92×97 mt) dell’Arena del 1953, paradigma delle strutture denominate “a rete di cavi”, è impostato su due arconi in calcestruzzo armato, contenuti in due piani simmetrici, inclinati rispetto al suolo di circa 30°, che si incrociano a formare una pianta sostanzialmente circolare. Lungo il perimetro della figura composta dall’intersezione dei due grandi archi, si imposta la rete di cavi che forma coi due elementi in calcestruzzo armato una complessa struttura tridimensionale, disegnata dal sistema di forze in equilibrio.
Due ordini di cavi paralleli tesi che si incrociano a circa 90° formano la “sella” della copertura. Il sistema di cavi che volge la curvatura verso l’alto ha la funzione portante e contrasta con l’altro sistema dalla curvatura verso il basso, con funzione stabilizzante. Le maglie rettangolari sono poi chiuse con pannelli rettangolari in lamiera metallica ondulata di dimensione massima di 1,80 mt.
Strutture resistenti per forma: reti di cavi V
La Raleigh Arena. North Carolina. Architetto Matthew Nowicki. Ing. Fred Severud
Strutture resistenti per forma: reti di cavi VI
La semplicità e l’eleganza del sistema sperimentato da Severud daranno luogo a una serie di altri edifici, mentre le sperimentazioni dell’ing. Laffaille porteranno al Padiglione Marie Thumas realizzato in occasione dell’esposizione di Bruxelles del 1958 da Sarger. Quest’ultimo può essere considerato la prima vera e propria tensostruttura della storia delle costruzioni: come rileva B. Forster «è molto interessante, dal momento che la tradizionale distinzione tra copertura e muri è abolita, la struttura e il suo involucro formano stavolta una sola superficie continua»*, come avviene anche nel padiglione Philips di Le Corbusier.
Le strutture sospese a cavi metallici affascineranno infatti l’architetto che ne darà un’interpretazione molto personale nella Casa dei giovani e della cultura a Firminy-Vert, in cui immagina una copertura a forma di settore cilindrico con la concavità rivolta verso l’alto, la cui struttura è composta da coppie di cavi unidirezionali tesi tra le travi di bordo dei due lati lunghi del fabbricato e coperti con lastre in calcestruzzo cellulare prefabbricate a pie’ d’opera spesse 10 cm, posate sui cavi e sigillate con malta di cemento.
* Forster Brian, “Structures tendues”, s.v. in Aa. vv., L’art de l’ingénieur, cit., p. 486
Il padiglione Philips all'expo di Bruxelles, 1958. Architetto Le Corbusier
Strutture resistenti per forma: tensostrutture
Nel 1964 il governo della Germania Federale lancia un concorso dal titolo L’uomo e il mondo con l’intenzione di designare il progettista del Padiglione tedesco all’Esposizione universale di Montréal; e il quarantenne Frei Otto si aggiudicherà il primo premio con un progetto di copertura di un’area di 8.000 m_ integrata in un paesaggio fluviale, sviluppato in collaborazione con Rolf Gutbord e con l’assistenza tecnica degli ingegneri Fritz Leonhardt e Wolfhart Andrä.
Egli giungerà alla concezione strutturale del Padiglione dell’Esposizione di Montréal, in cui i puntoni metallici sono strallati tra di loro e al suolo con grandi trefoli del diametro di 50 mm e la rete di cavi è realizzata con un’altra serie di elementi molto più sottili, del diametro di 12 mm.
L’involucro traslucido è in tessuto di fibra di poliestere ricoperto di Pvc ed è sospeso alla rete di cavi dall’interno.
Per la redazione del progetto esecutivo del Padiglione, e in particolare per la definizione della complicata geometria a doppia curvatura delle sue membrane tese, fondata sul teorema delle superfici minime, furono impiegate dodicimila ore di laboratorio e si rese necessaria l’elaborazione di metodi di rappresentazione tridimensionale che si basavano su modelli a superfici di acqua saponata o a reti di elastici.
Strutture resistenti per forma: tensostrutture II
La copertura del complesso olimpico di Monaco di Baviera. Architetto Frei Otto
Strutture resistenti per forma: tensostrutture III
La copertura del complesso olimpico di Monaco di Baviera. Architetto Frei Otto
Strutture resistenti per forma: tensostrutture IV
Il padiglione di Otto rappresenterà il punto terminale del percorso innovativo che porterà alla definizione del tipo strutturale della tensostruttura. Dalle realizzazioni pionieristiche di Choukhov, dunque, il primo a coprire edifici facendo uso di pochi sostegni sollecitati a compressione e di una membrana composta esclusivamente di elementi tesi, si passa alle reti di cavi di Severud, dove la struttura è ancora significativamente impostata su elementi compressi in calcestruzzo armato, completati, per la prima volta, con il sistema dei cavi in contrasto; si passa quindi alle realizzazioni di Sarger e in particolare al padiglione Marie Thumas, in cui le parti compresse somigliano straordinariamente ai pennoni che utilizzerà Otto, ma dove è ancora la parte tesa della struttura a controventare i puntoni metallici compressi.
Strutture resistenti per forma: tensostrutture V
La copertura del complesso olimpico di Monaco di Baviera. Architetto Frei Otto
Strutture resistenti per forma: tensostrutture VI
In definitiva Frei Otto è il primo a realizzare una struttura in cui il principio strutturale della massimizzazione degli elementi tesi rispetto a quelli compressi è portato alle estreme conseguenze e la logica progettuale degli elementi compressi deriva da quella della membrana tesa.
«In altri termini – notano G. Pizzetti e A. M. Zorgno Trisciuoglio – egli riuscì a proporre schemi di equilibrio di questi tessuti spaziali riducendo al minimo gli elementi d’appoggio lavoranti a compressione e cercando di riportare a terra i carichi eminentemente attraverso reazioni di appoggio negative, ossia mediante vincoli ancora sollecitati a trazione. In tal modo poté evitare i complessi problemi flessionali che fatalmente si verificano negli archi o negli anelli di bordo delle tensostrutture» precedenti, che ancora facevano uso di parti compresse in calcestruzzo armato o in acciaio dotate di geometrie proprie «mentre una scelta appropriata delle posizioni e delle inclinazioni dei piloni, nonché del tracciato e dell’ancoraggio dei cavi di bordo, gli permise una luminosa valorizzazione dell’essenza fisionomica della tensostruttura»*.
* Pizzetti Giulio e Anna Maria Zorgno Trisciuoglio, Principi statici e forme strutturali, Utet, Torino, 1980, p. 431
Strutture resistenti per forma: tensostrutture VII
La naturale evoluzione di tali tessuti spaziali porterà alla sostituzione della doppia orditura di cavi con un vero tessuto resistente, in cui trama e ordito svolgono il ruolo delle due famiglie di cavi: tale principio sarà sperimentato ancora da Otto nello straordinario Dance Papillon di Colonia in cui, come nota R. La Creta «la copertura vale non solo a proteggere i ballerini dalla pioggia ma a riflettere suoni e luci sulla pista di cui segue l’andamento anulare»*.
Questa straordinaria coerenza tra realizzazione pratica e assunto teorico che la sostiene renderà le prime opere di F. Otto, in particolare il padiglione tedesco all’Esposizione di Montréal e il villaggio olimpico di Monaco, gli edifici emblematici di un tipo di struttura che condizionerà nei trent’anni successivi una generazione di costruttori, sacerdoti della leggerezza.
La tensostruttura sia coperta con pannelli di materiale plastico traslucido (a Monaco) sia realizzata con membrane tessili (a Montréal), consente quel filtraggio della luce naturale che attribuisce allo spazio una condizione luminosa particolare, la “magia della luce zenitale”**.
* La Creta Rosalba, Tre opere di Frei Otto: una logica alternativa nella costruzione, in Eduardo Vittoria et al., Mmm. Unità micro e macro-modulari per la costruzione dell’Habitat, Roma, 1976, p. 9
** Piano Renzo, Giornale di bordo, Passigli, Firenze, 1997, p. 30
Strutture resistenti per forma: tensegrity
Un capitolo a parte nel campo delle strutture tese spetta alle poche ma importanti realizzazioni riconducibili al principio della tensegrity, parola nata dalla crasi tra tensile e integrity, inventato da R. Buckminster Fuller.
Tale principio, elaborato verso la fine degli anni ‘40, prefigura strutture dette anche autotendenti che lo stesso Fuller definisce così: «si ha un sistema autotendente quando un insieme di componenti discontinui che lavora a compressione interagisce con un sistema di elementi continui che lavora a trazione per definire un volume stabile nello spazio»*.
Facendo proprie tali concezioni strutturali, l’ingegnere statunitense David Geiger brevetta un tipo di copertura fondato su una semplificazione della logica delle strutture tensegrali di Fuller che utilizza nella realizzazione di due grandi impianti sportivi, costruiti per le Olimpiadi di Seul in Corea nel 1989, e per la Suncoast Dome, costruita a Saint Petersburg in Florida nello stesso periodo.
* cit. in Makowski Zigmunt Stanislaw, Structures autotendantes, s.v. in Aa. vv., L’art de l’ingénieur, cit., p. 472
Strutture resistenti per forma: ibridazioni
Sullo stesso criterio delle coperture tensegrali di Geiger si fonda il Georgia Dome, grande stadio polivalente realizzato per i giochi olimpici di Atlanta del 1992 con la consulenza strutturale della Weidlinger & Associates.
P. Weidlinger, notevole figura di ingegnere ungherese diplomato a Zurigo e collaboratore prima di Moholy-Nagy e poi di Le Corbusier, per la realizzazione del Georgia Dome (227 x 185 mt di luce libera, forse a tutt’oggi la più grande copertura tensegrale del mondo) si ispira alla copertura della Suncoast Dome risolvendo una nutrita serie di problemi in più derivanti dalla forma ellittica dell’impianto e dalla necessità di impostarne la costruzione sulla sommità di una struttura in calcestruzzo armato, a pianta ellittica.
Il Georgia Dome, che rappresenta la punta di diamante dell’ultima generazione dei grandi stadi coperti americani, e lo Stadio di Bari, che incarna un modello di funzionalità e di gradevolezza nell’ambito delle costruzioni sportive, sono tra loro assimilabili: in ambedue i casi i progettisti hanno scelto di utilizzare le tensostrutture come parti di fabbriche più complesse in cui tali elementi costruttivi convivono “pacificamente” con altre parti di fabbrica, anche provenienti da contesti tecnologici assai differenti.
Stadio San Nicola, Bari. Architetto Renzo Piano. Particolare dell'interno
Stadio San Nicola, Bari. Architetto Renzo Piano. Particolare esterno
Strutture resistenti per forma: ibridazioni II
Stadio San Nicola, Bari. Architetto Renzo Piano
Strutture resistenti per forma: ibridazioni III
Costruito a Bari per i campionati mondiali di calcio del 1990 da Renzo Piano con la collaborazione della Arup Associates, lo Stadio San Nicola ha la copertura parziale disposta solo sull’anello circostante al campo di gioco. Essa è composta da costole in acciaio e teli traslucidi realizzati in fibre di vetro spalmate con teflon.
La tecnologia tensile consente in questo caso di ottenere, nelle gradonate, una condizione di luce ottimale che viene considerata dal gruppo di progettazione come la condizione fondamentale per ridurre al minimo i pericolosissimi fenomeni di panico collettivo che talvolta si verificano negli stadi e che generano gli incidenti solitamente più gravi.
Come se si chiudesse un cerchio, oggi le coperture a reti di cavi e le strutture tese e tensegrali tornano a instaurare un dialogo con le altre tecnologie, come nel principio originario già interpretato nella Raleigh Arena di M. Nowicki e F. Severud e dagli altri precursori delle strutture tese.
Più che come un procedimento edilizio completo, sono nuovamente interpretate come un elemento, componente importante, di sistemi più complessi e, in tal senso, nel mettere in luce la loro duttilità – e le loro particolari prestazioni, in termini di leggerezza e di luminosità, un tempo inimmaginabili – tornano a essere parte di edifici costruiti anche con altri metodi e altre tecnologie.
Le lezioni del Corso
2. Costruire assemblato a secco lettura tecnologica di casi studio
3. Costruzioni Low cost – Low energy, Life cycle thinking
4. Costruzioni Low cost – Low energy, Riciclo dei rifiuti
5. Costruzioni leggere in legno e sostenibilità caso studio: Gridshell
6. Gridshell: il concetto di grid e shell, superfici a doppia curvatura
8. Coperture di grande luce: innovazione per forma, strutture reticolari e cupole
9. Coperture di grande luce: innovazione per forma, strutture a guscio e reti di cavi
10. Coperture di grande luce: innovazione per nuovi materiali, lamellare, precompresso e palloni
11. Le parti e il tutto: progetto e sistema
I materiali di supporto della lezione
Pone Sergio, L'idea di struttura. L'innovazione tecnologica nelle grandi coperture da Freyssinet a Piano, FrancoAngeli, Milano, 2005.
I gusci in calcestruzzo armato:
Aa. vv., L'art de l'ingénieur, Éditions du Centre Pompidou, Parigi, 1997.
Aa. vv., Encyclopédie Perret, Èdition du Moniteur, Parigi, 2002.
Candela Felix, “Une seule conscience pour l'oeuvre a créer”, L'architecture d'aujourd'hui, n. 99, 1962.
Le Corbusier, “L'exposition Spéciale d'Architecture”, L'Esprit Nouveau, n. 23, maggio 1924.
Michelis Panayotis A., Estetica del cemento armato (1963), tr. it. Vitali e Ghianda, Genova, 1968.
Papademetriou Peter C., “Intenzioni in tensione”, Casabella, n. 673/674, dicembre 1999 – gennaio 2000.
Zevi Bruno, “Insicurezza al riparo di volte sottili”, Cronache di architettura, Laterza, Bari, 1978, vol. 14, n. 815.
Zorgno Anna Maria, “Oltre la prigione cubica”, Rassegna n. 49, marzo 1992.
Le strutture a reti di cavi:
Capasso Aldo (a cura di), Le tensostrutture a membrana per l'architettura, Maggioli, Rimini, 1993.
Capasso Aldo (a cura di), Architettura e leggerezza. Il significato del peso nella costruzione, Maggioli, Rimini, 1999.
Graefe Rainer e Ottmar Pertschi, “Un ingegnere rivoluzionario: Vladimir Choukhov”, Casabella, n. 573, 1959.
La Creta Rosalba, “Tre opere di Frei Otto: una logica alternativa nella costruzione”, in Eduardo Vittoria et al., Mmm. unità micro e macro-modulari per la costruzione dell'Habitat, Roma, 1976.
Minke Gernot, “Montréal 67”, L'architecture d'aujourd'hui, n. 141, 1969.
Nogue Nicolas, “Bernard Laffaille, mathématique et constructeur”, Architecture et Techniques, n.400, 1993.
Otto Frei e Bodo Rash, Finding Form, Edition Axel Menges, Munich, 1995.
Sarger René, “L'oeuvre de Bernard Laffaille”, L'architecture d'aujourd'hui, n. 64, 1959.
Berger Horst, Light Structures - Structures of Light: The Art and Engineering of Tensile Architecture, Birkhäuser Verlag, Basilea, 1996.
