Tensostrutture: caratteristiche, vantaggi e limiti

Come dice il nome, una tensostruttura è una struttura stabilizzata dalla tensione, che è generalmente ottenuta con filo o cavo, contrastata da elementi di compressione come i pali e mantenuta in posizione da fondamenta, travi ad anello, ancoraggi al suolo e così via.

Questo crea delle superifci doppiamente curve (anticlastica ovvero a sella e sinclastica ovvero a cupola), che possono essere sottoposte a tensione senza distorcere la loro forma, poiché le curvature opposte si bilanciano reciprocamente in ogni punto sulla superficie.

La tensione del tessuto riduce la sua elasticità in modo che si deformi meno quando successivamente viene sottoposto alle folate di vento o al peso della neve. Inoltre, la geometria della curvatura stessa significa che qualsiasi estensione del tessuto sotto carico comporta una deflessione relativamente. Le tensostrutture sono ovviamente più leggere rispetto alle strutture convenzionale e possono raggiungere dimensionimolto ampie.

Esempi architettonici di strutture tesili

Nel 1972 l’architetto Frei Otto ha costruito l’enorme struttura a rete di cavi rivestita in plexiglas dello Stadio Olimpico di Monaco. Questa era una costruzione significativamente dimensionata e permanente contenente 271 miglia di cavi in acciaio, collegati a cinquantotto piloni in acciaio fuso, che sostenevano una copertura a cupola curva che copriva quasi 75.000 metri quadrati. Altri progetti che potrebbero essere considerati come gridshell tesili provengono dalla sua collaborazione con Shigeru Ban sul Padiglione giapponese all’Expo del 2000.

Il Millennium Dome (noto come ‘the Dome’) è una struttura a rete di cavi rivestita di tessuto a Greenwich, Londra, che è stata inaugurata nel 2000 come pezzo centrale delle celebrazioni del millennio nel Regno Unito, che sono durate dal 31 dicembre 1999 al 31 dicembre 2000. È stato progettato dall’architetto Richard Rogers (ora Rogers Stirk Harbour + Partners) con gli ingegneri di Buro Happold che hanno proposto semplicemente l’idea di coprire il sito con una grande cupola di tessuto, per creare un rifugio per una celebrazione annuale che si sarebbe aperta e chiusa in inverno. Il Dome non è né una vera cupola, né una struttura tessile convenzionale, ma una struttura a rete di cavi, rivestita con pannelli piani in tessuto di vetro rivestito di PTFE con due strati per fornire qualità isolanti.

Come le strutture tesili stanno rivoluzionando l’industria dell’architettura?

Architetti e designer sono sempre alla ricerca di materiali e tecnologie potenziali che potrebbero aiutarli a creare design nuovi ed innovativi. Nel secolo scorso materiali tradizionali come acciaio, cemento e vetro hanno avuto il sopravvento nell’architettura ma con l’avvento del tessuto nelle costruzione, l’architettura ha preso una svolta drasticaca. Le strutture tensili sono emerse come un modo nuovo ed entusiasmante per creare design innovativi su larga scala, che sono sia visivamente sorprendenti che altamente funzionali.

Come è nata l’idea delle strutture tesili?

Ispirato alle ampie esplorazioni nel campo della geometria, dell’ingegneria e dell’architettura, R. Buckminster Fuller, un rinomato architetto e inventore, ha introdotto al mondo il concetto di tensegrità negli anni ’60. Egli esponeva la tensegrità come un principio fondamentale della natura e una chiave per comprendere la struttura dell’universo. Con la convinzione che questo concetto potesse aiutare a chiarire come singoli elementi semplici potessero essere integrati in sistemi più complessi, Fuller vedeva il potenziale di applicare questo concetto al campo dell’architettura.

Come le strutture tensili si sono evolute nel tempo?

Nel corso di numerosi decenni, questo concetto teorico si è sviluppato nella pratica dell’architettura tensile, guadagnando una popolarità significativa nel design e nell’architettura. Oggi è discusso da molti come un approccio di design complesso e innovativo che utilizza una combinazione di elementi di tensione e compressione per formare una struttura autosufficiente e resiliente. Per raggiungere questo obiettivo, si utilizzano cavi o fili sottoposti a tensione e elementi rigidi compressi o spinti insieme. Questo approccio al design è diventato sempre più popolare ed è ora ampiamente discusso e implementato sia dagli architetti che dai designer.

Caratteristiche chiave delle strutture tensili

Le strutture tensili si affidano principalmente alla tensione per la loro stabilità e supporto, a differenza delle strutture basate sulla compressione che si basano su una base solida per reggerle. Alcune caratteristiche chiave delle strutture tensili includono:

1. Leggerezza e durabilità
   • Le strutture tensili sono generalmente leggere e durature, rendendole una scelta ideale per strutture che richiedono ampie campate e aggetti. Possono resistere a condizioni meteorologiche estreme e possono essere progettate per affrontare sfide ambientali specifiche.
2. Configurazioni versatili
   • Le strutture tensili possono essere configurate in una vasta gamma di forme e dimensioni, dalle semplici pensiline e ombrelloni a stadi e padiglioni su larga scala. Questa versatilità le rende una scelta popolare per una varietà di applicazioni architettoniche.
3. Design minimalista
   • Le strutture tensili spesso presentano un’estetica di design minimalista, caratterizzata da un aspetto pulito e semplice che è visivamente accattivante. L’assenza di colonne, travi e muri tradizionali le rende una scelta popolare per progetti architettonici moderni.
4. Efficienza energetica
   • Le strutture tensili possono essere progettate per consentire alla luce naturale di entrare nella struttura, riducendo la necessità di illuminazione artificiale e abbassando i costi energetici. Diverso il discorso per tensostrutture utilizzate per esempio a scopo catering, dove il ricorso a condizionatori è d’obbligo, sia per rinfrescare che per riscaldare. In questi casi conviene ricorrere al noleggio (vedi qui) così da avere un impatto economico meno forte.
5. Sostenibilità
   • Le strutture tensili possono essere più sostenibili dal punto di vista ambientale rispetto ai metodi di costruzione tradizionali. Possono essere progettate per utilizzare energia e materiali minimi e possono spesso essere riciclate o riutilizzate alla fine della loro durata.
6. Economicità
   • Le strutture tensili possono essere più economiche rispetto ai metodi tradizionali di costruzione. Richiedono meno materiali e possono essere costruite più rapidamente, riducendo i costi di manodopera.
7. Manutenzione
   • Le strutture tensili richiedono relativamente poca manutenzione. I materiali utilizzati in queste strutture sono spesso resistenti alla corrosione e richiedono una manutenzione minima, rendendole una scelta popolare per installazioni a lungo termine.

Sfide e limitazioni dell’architettura tensile

Nonostante questi vantaggi, coloro che praticano l’architettura di tensegrità si trovano spesso ad affrontare sfide uniche durante il processo di progettazione. Una delle sfide più significative è bilanciare le forze opposte per garantire che la struttura sia stabile e possa resistere a carichi variabili. Se la tensione è troppo alta o la compressione è troppo bassa, la struttura potrebbe collassare, mentre se la compressione è troppo alta o la tensione è troppo bassa, la struttura potrebbe diventare troppo rigida e incapace di adattarsi ai carichi in cambiamento.

Per superare queste sfide, i progettisti utilizzano tecniche avanzate di modellazione al computer per simulare il comportamento della struttura sotto carichi diversi. Ciò consente loro di perfezionare il design e garantire che le forze di tensione e compressione siano adeguatamente bilanciate. Inoltre i progettisti possono selezionare materiali con specifiche proprietà meccaniche per garantire che la struttura possa resistere ai carichi ai quali sarà sottoposta.

5 esempi di strutture tensili

Dal sito parametric-architecture.com prendiamo 5 esempi di architetture tensili in ambito architettonico:

Olympia Park, Monaco di Baviera, Germania

Le strutture tesili sono un elemento prominente nel design di OlympiaPark a Monaco di Baviera, Germania. Il parco è stato costruito per ospitare le Olimpiadi estive del 1972 e presenta molte strutture tesili che forniscono riparo e ombra ai visitatori, consentendo allo stesso tempo alla luce naturale di filtrare attraverso. Il design del tetto si basa sul concetto di una membrana tesile, dove i cavi sono sottoposti a tensione per creare una struttura stabile e autosufficiente.

Mercedes-Benz Stadium, Atlanta, Georgia

La caratteristica più evidente del Mercedes-Benz Stadium è il suo tetto retrattile a forma di petalo che copre l’intera tribuna. Questi otto pannelli triangolari, sostenuti da una rete di cavi in acciaio, hanno la capacità di resistere a condizioni meteorologiche estreme, compresi venti di forza uragano, garantendo la sicurezza degli utenti e la durabilità della struttura.

Millennium Dome, Londra, Inghilterra

Un altro esempio di rilievo dell’uso delle strutture tesili nell’architettura moderna è il Millennium Dome. Si tratta di una grande struttura a cupola composta da una serie di grandi alberi in acciaio che sostengono un tetto tesile. Il tetto è composto da oltre 100.000 metri quadrati di tessuto di vetroresina rivestito, che è teso sopra gli alberi in acciaio per creare una superficie continua e autosufficiente. Questa caratteristica unica consente al tetto di essere flessibile e reattivo ai cambiamenti nelle condizioni del vento e del tempo.

Olympic Tennis Centre, Rio de Janeiro, Brasile

L’Olympic Tennis Centre presenta un tetto tesile realizzato con una membrana di poliestere rivestita in PVC che fornisce ombra per spettatori e giocatori. Il tetto incorpora anche alcune caratteristiche più sostenibili, tra cui un sistema di raccolta dell’acqua piovana e un sistema di protezione solare e raffreddamento.

Sheikh Zayed Bridge, Abu Dhabi, Emirati Arabi Uniti

Lo Sheikh Zayed Bridge, situato ad Abu Dhabi, Emirati Arabi Uniti, è un impressionante esempio di ingegneria e design, caratterizzato da una struttura tesile mozzafiato. I cavi sono ancorati a massicci blocchi di cemento su entrambi i lati del ponte e sono tesi per fornire il supporto necessario mantenendo al contempo la stabilità.

Conclusione

Nonostante le sfide coinvolte, l’architettura di tensegrità ha il potenziale per rivoluzionare il modo in cui costruiamo le strutture. Utilizzando tensione e compressione per costruire strutture leggere, robuste e adattabili, possiamo ridurre l’uso di materiali e costi, creando anche strutture in grado di adattarsi in modo più efficace ai cambiamenti delle esigenze. Con l’avanzare della tecnologia, possiamo aspettarci di assistere a esempi ancora più notevoli di architettura di tensegrità in futuro.