Serre de La Villette_Concezioni Strutturali_Samuele Vaccari

PROCESSOPREVEDIBILITA

GERARCHIAIl vetro strutturale: genesi di un sistema costruttivo.

RFR e le Serres de la VilletteCorso: LA CONCEZIONE STRUTTURALE NELLE COSTRUZIONI

Docente: Tomaso Trombetti a.a. 2012/2013

Samuele Vaccari

PROCESSO PREVEDIBILITA' GERARCHIA _ Le Serres de la Villette

Le concezioni strutturali dell'architettura _ Samuele Vaccari

RFR un gruppo di ingegneria specializzato in progettazione di strutture complesse. Il nome lacronimo formato dalle iniziali dei cognomi degli ingegneri Peter Rice e Martin Francis e dellarchitetto Ian Ritchie. Questa quipe di progettazione si form a Parigi allinizio degli anni 80. Motivo di fondazione del sodalizio e, al contempo debutto, la progettazione delle Serre Bioclimatiche nella Citt delle scienze e dellindustria alla Villette di Parigi. La diversa formazione ed esperienze dei membri, ha permesso il consegui-mento di obbietivi progettuali innovativi e lo sviluppo di tecnologie costruttive destinate e cambiare la tecnica e lapproccio allarchitettura. Fondamentale fu limpegno del gruppo, a partire dal primo progetto qui largamente indagato, nel colmare la distanza tra lindustria e la progettazione e, il coinvolgimento dei produttori nella messa a punto di soluzioni ad hoc, mirate a risolvere obbiettivi chiari e specifici.

RFRRice-Francis-Martin

Peter Rice era il leader del gruppo, poich promo-tore della formazione e membro dalla maggiore esperienza. Provieniva da una brillante carriera allinterno dello studio Ove Arup & Partners di Londra, nel quale aveva curato progetti di struttu-re importanti, come le shells della Sidney Opera House, e dallesperienza immeditamente prece-dente della societ con Renzo Piano e Richard Ro-gers, societ fondata in occasione del progetto del Centre Pompidou, da lui curato nella componente strutturale.

Martin Francis era architetto navale in Costa Az-zurra e yacht designer. Aveva gi esperienza con luso del vetro, avendo concepito la facciata del progetto per ledificio per uffici Willis Faber and Dumas, a Ipswich, precursore nellutilizzo di vetrate appese.

Ian Ritchie era architetto. Aveva incontrato Francis in occasione del progetto Willis Faber e aveva gi lavorato con Rice allo studio Ove Arup a Londra.



I Principi Progettuali

Il metodo progettuale che distinse il gruppo RFR, fu lapproccio ai progetti caratterizzato da una distin-ta linea guida, costituita da tre Principi Progettuali:

ProcessoPrevedibilit

Gerarchia

1.Processo

Il processo, secondo Peter Rice, consiste nellar-rivare ad una comprensione chiara e logica del comportamento della struttura, nel non perdere mai di vista gli obbiettivi estetici e nellacquistare familiarit con le possibilit offerte dal mondo in-dustriale. Lattenzione del gruppo viene posta cio sul ruolo centrale che deve avere il progettista, ruolo di ricerca e attenzione costante in tutte le fasi, affinch gli operatori lavorino in maniera concerta-ta tra di loro. La debolezza di larga parte di sistemi costruttivi, pu essere imputata, secondo lquipe, al percorso ordinario di realizzazione di unopera.Un progetto (innovativo come quelli di RFR) non solo la concretizzazione di unidea astratta ma, un lungo percorso di ricerca, e di comprensione della struttura, del materiale e delle tecniche di produ-zione. Particolare e continua attenzione viene posta quindi, nella direzione e controllo delle imprese e dei produttori industriali, spaziando il coinvolgi-mento in campi del tutto nuovi. Il processo quindi il Principio secondo il quale il progettista debba saper controllare tutti gli aspetti del progetto per conseguire perfetta integrazione tra forma e funzione.

2.Prevedibilit (Prediction)

Ogni progetto deve essere strettamente dipendente dalla comprensione delle caratteristiche fisiche e strutturali dei materiali. Nella risposta finale nes-sun elemento arbitrario.Il principio della prevedibilit deve poter essere applicabile a qualsiasi sistema strutturale. Il tentativo cio quello di eliminare qualsiasi in-certezza sul funzionamento del progetto, elimina-do quegli elementi il cui comportamento strutturale potrebbe essere ambiguo e poco chiaro.

La prevedibilit di un sistema pu essere riassunta nella volont di rendere chiaro il trasferimento dei carichi (il flusso delle forze) nelle parti della struttu-ra e, nella capacit di previsione delle prestazioni del sistema.Ogni elemento che compone la struttura, ogni det-taglio, deve essere determinato in funzione di una previsione esatta del comportamento sotto carico.

3.Gerarchia

Lidea di gerarchia in una struttura, indica il fatto che tutti gli elementi che la compongono sono in chiara relazione gli uni agli altri. tale Principio ripreso dalle strutture naturali dotate, secondo Rice, della stessa propriet.Ogni parte di una quercia cresce secondo la stes-sa logica gerarchica del resto dellalbero. Solo la scala del fenomeno cambia. Rice dice inoltre che leliminazione di ogni materiale o elemento su-perfluo o inadeguato una tappa importante della ricerca di una corretta gerarchia. Il concetto di gerarchia strutturale riassunto in un pensiero conclusivo del Principio: Alcune parti dellinsieme portano carichi estesi ed elevati; altre,

piccoi elementi ben precisi. Entrambe esistono e devono essere leggibili per le loro caratteristiche funzioni e percepite come appartenenti a una stes-sa logica espressiva.

Qusta logica fu sviluppata nel loro primo lavoro come quipe: le Serre bioclimatiche della Citt delle scienze e dellindustria a Parigi.Il progetto delle Serre di fatto la trasposizione pratica dei principi progettuali. Il lavoro con il vetro ha reso il Processo complesso, per via delle diffi-colt tecniche presentate dal materiale. Solo grazie alattenta collaborazione con lindu-stria (in particolare aeronautica) ha permesso lo sviluppo dei sistemi strutturali. Questi sistemi do-vevano per necessit rispondere ad una Gerarchia precisa, che rendesse chiaro il rapporto tra le parti, e il percorso dei carichi, mantenendo costante la certezza di stabilit. Ecco dunque che la Prevedi-bilit del comportamento statico in ogni situazio-ne ha comportato soluzioni innovative, destinate a cambiare la tecnica costruttiva.



Le Serre e la questione della trasparenza

Nel 1970 il presidente della Repubblica France-se Valry Giscard dEstaing propose la creazione di un nuovo Museo Nazionale delle Scienze, della Tecnica e dellindustria. Il luogo prescelto per la sua costruzione fu il com-plesso del macello de la Villette a Parigi.Nel 1980 viene bandito un concorso del quale ri-sulta vincitore il progetto di Adrien Fainsilber. Que-sto progetto prevedeva la collocazione di un gran-de volume circondato da un parco (che sar poi affidato a Bernard Tschumi). Larchitetto prevedeva di affacciare, da tre delle quattro grandi campate che compongo il Museo, delle grandi strutture ve-trate in direzione del parco stesso. Nelle intenzioni di Fainsilber cera la volont di rendere le serre degli spazi cuscinetto, degli spazi che sfruttassero lenergia solare e che integrassero la vegetazione allinterno del Museo. Lidea era quella di costruire una facciata bioclimatica il pi trasparente possibi-le, di costituire cio il trait dunion tra il Museo e il Parco. La richiesta precisa del progettista quella di estremizzare il concetto di trasparenza traspor-tandolo quasi allimmaterialit.La ricerca si orient subito in direzione delle pi avanzate tecnologie relative alluso del vetro e, in questo senso, ci si rifer alledificio per uffici Willis Faber e Dumas di Ipsiwich, costruito qualche anno prima.Poco tempo dopo la vittoria del progetto Fainsilber invit Peter Rice a partecipare al progetto.In questa fase prese luogo la collaborazione tra i progettisti destinati a fondare la societ RFR. Fran-cis e Ritchie furono invitati a collaborare da Rice (dapprima solo Francis e solo in un secondo mo-mento Ritchie). Si consideri che il tempo di sviluppo di un progetto tanto innovativo si protrasse dalla prima met del 1981 fino allapprovazione nel Maggio 1985.

Il caso delle progetto delle Serre un esempio raro di progettazione congiunta. Lo stesso Rice dichiara che nel caso delle serre, niente si sarebbe potuto fare, fin dallinizio del progetto, se i fabbricanti e le imprese non avessero pertecipato alla loro messa a punto.

La ricerca della trasparenza era voluta con lambi-zione di costruire uno spazio ambiguo, uno spazio dove ci si trovasse al contempo dentro e fuori ma in realt in nessuna delle due situazioni. Inoltre il tema del Museo poneva un obbiettivo elevato in termini di sperimentazione tecnica e percezione materica. La volont era anche quella di sensibi-lizzare il pubblico alla cognizione del piano tra-sparente, attraverso un sistema di montaggio che dfinisca con unti e linee (i fissaggi e i cavi) un piano nello spazio. la presenza del vetro percepita attraverso la sua capacit di riflesso. Ci si pone il problema che tutti i dettagli di fissaggio rispettino il piano vetrato, affinch questo resti leggibile. A seguito della luce e delle variazioni di intensit nel penetrare allin-terno, si viene a creare costantemente un dualismo tra immaterialit e riflesso della superficie vetrata.

In tutto il progetto rimangono comunque chiari i Principi Progettuali sopra descritti.



Il vetro appeso e fissato per punti

RFR sceglie come linea progettuale quella della vetrata continua appesa. Il sistema della vetrata tenuto insieme da una serie di punti di fissaggio i cui dettagli sono identici. Lidea di appendere grandi lastre di vetro invece di posarle in opera in verticale, non unidea nuova, anche se minimamente esplorata sino allora nella progettazione architettonica. Negli anni cinquanta dallimprenditore di Franco-forte Otto Hahn propone, per le vetrine di un con-cessionario dauto di Vienna, una soluzione dique-sto tipo, che tuttavia non viene realizzata.I primi impieghi di questo principio di rivestimen-to con vetro, sono da registrare nel 1964 nel mu-seo Wilhelm Lehmbruck di Duisburg progettato da Manfred Lehmbruck) e nel1960/63 nellingresso-della Casa della radio di Parigidi Henri Bernard. In questo caso lastre di vetro alte quasi 4 m sono rinforzate contro la sollecitazione di flessione da controventi di vetro incollati. Le lastre di vetr o vengono tenute da grappe fissate tra cuscinet-ti oscillanti. Essi garantiscono che il carico venga suddiviso in maniera uniforme tra i singoli punti di

sospensione. Il principio della vetrata appesa trova presto rapida diffusione. Limpiego tuttavia limi-tato, poich vi sono limitazioni nelle dimensioni di lastre isolanti in termini produttivi.Un forte sviluppo della vetrata appesa avviene nel 1971-1975 grazie allo studio archtettonico di NormanFoster, in collaborazione con il produttore britannico di vetri Pilkington, per ledificio ammini-strativo Willis,Faber, Dumas di Ipswich.

In questo caso le lastre sono fissate alla lastra su-periore con piastre di fissaggio avvitate. Lintera facciata di tre piani appesa alla soletta di coper-tura superiore ed rinforzata contro le spinte del vento da controventi di vetro a mezzaa ltezza, che sono appesi ai soffitti allinterno delledificio.Con circa 50 anni di ritardo Norman Foster riescei in questo edificio a realizzare la visione geniale e ampiamente preveggente del grattacielo di vetro di Mies van der Rohe.

La novit tecnica delledificio sta nella sospensione verticale di pi lastre di vetro tra di loro. Sono re-ciprocamente fissate con piastre di fissaggio, che sono plasticamente visibili sulle lastre.Nel 1982 per il Centro Renault di Swindon, Foster compie un ulteriore passo avanti. In questo edificio la singola lastra non appesa, ma avvitata a una ossatura di montanti e traverse.

Negli stessi anni Adrien Fainsilber chiama Peter Rice a risolvere le Serre.

La novit assoluta del progetto di RFR, sta nella risoluzione di una duplice sfida posta dallopera:la mancanza di solette marcapiano per lassorbi-mento delle spinte orizzontali e la volont di costi-tuire un piano vetrato in purezza.

La risoluzione dellintervento prende uno sviluppo del tutto nuovo per le tecniche costruttive: il vetro, per la prima volta, assume carattere strutturale, trasmettendo carichi e consentendo la stabilit del-la struttura.



Gli Elementi del Progetto

Il primo problema chiave nelle Serre quello della struttura. Essa mette in relazione tutte le parti del sistema e costituisce il legame e quindi scheletro formale.Il secondo problema quello della tensione: ten-sione che si verifica nel sistema dei controventi e nel vetro e che implica, a prescindere, un sistema di distribuzione dei carichi che esprime chiaramen-te la coesione tra le parti e il tutto. Il progetto driva interamente da questi due problemi: essi rappre-sentano le regole su cui si basa lintera gerarchia della struttura. Il progetto di una Serra, come da Principio, segue una struttura gerarchica rigorosa. Gli elementi componenti sono classificati in ordine decrescente, dal generale al particolare:1. ossatura tubolare della struttura2. controventi concavi3. sistema di sospensione della facciata4. vetrata e suoi dettagli di fissaggio

Nessun elemento influenzato nel suo comporta-mento da quello che lo precede in questa scala gerarchica. Ogni elemento per, subisce il carico dei subor-dinati gerarchicamente e deve essere in grado di sostenere gli sforzi creati da questi nel caso di va-riazione di condizioni esterne (prevedibilit).

Cos tutti gli elementi della scala gerarchica si tro-vano al servizio del piano vetrato e dei suoi dettagli di fissaggio e sono definiti dal modulo di vetro che sostengono.

Intriduzione gerarchica agli Elementi del progetto.

1. Superficie vetrataPercepibile attraverso il suo riflesso, tenuta insie-me da una serie di punti di fissaggio (identici nei loro dettagli). I bulloni sono chiaramento visibili sul piano vetrato, e costituiscono i riferimenti della la-stra stessa.

2. Sistema di fissaggio del vetroE concepito nei minimi dettagli per dare ai visi-tatori limpressione di una parete completamen-te appesa. In testa alla parete si evidenziano con chiarezza le molle e lungo la facciata i sostegni a braccio verticali.

3. Sistema dei cavi in tensione Minimizza al massimo la necessit di controventi. Il visitatore riescie a percepire il solo piano vetrato e non la suddivisione in fitti riquadri tipica del sistemi a montanti.

4. Ossatura tubolareSegue una trama 8m x 8m ed posta appena die-tro il piano vetrato. Costituita da tubi del diametro costante di 300 mm, controventata da un siste-ma di cavi molto pi sottili. Grazie al sistema della pretensione il diametro non supera i 55 mm.



Il Vetro e i dettagli di fissaggio

Il problema del bullone

Deformazioni dovute a carichi importanti possono causare un cambiamento di angolazione tra la ve-trata e i suoi fissaggi.

Nel progetto si era da subito evidenziato come sotto carichi estremi (vento) i controventi in cavi os-sono subire una freccia di 40 mm

Fissaggi in uso allepoca del pro-getto. il pi avanzato in termini di efficacia era il sistema Planar della Pilkington (ultimo in basso). La parti-colarit di questo erano dei dischetti flessibili che consentivano una certa mobilit dl bullone rispetto al sup-porto

Si noti come lidea per il bullone fu quella di trovare una soluzione che spostasse gli sforzi di flessione alle-sterno del supporto. A sinistra il si-stema Planar mentre a destra il bul-lone articolato di RFR.

La soluzione del bullone articolato assicura la prevedibilit del comportamento. In questo caso infatti ( a differenza del sistema Planar) il sistema complanare alla vetrata: questa soluzione garanti-sce che il vetro non debba sostenere nessuno sfor-zo di flessione o torsione.Tutti gli sforzi resteranno nel piano o perpendicola-ri al piano. Gli sforzi imprevedibili o parassiti che possono danneggiare il sistema di fissagio vengo-no di conseguenza esclusi dallanalisi.

Il bullone articolato comprende una testa che ruota a perno sul suo gambo. Questo termina con una sfera sulla quale la testa fissata mediante rondel-le sferiche. una rondella filettata si avvita sulla testa e la blocca contro il vetro. Ci avviene secondo 2 giri esati di vite, in modo che lassemblaggio non possa produrre sforzi sconosciuti.



Sistema di sospensione della vetrata

La vetrata sospesa

Linsieme della vetrata sospesa costituito da una parete di sei moduli di 2m x 2m, appesa alla strut-tura con il minor numero possibile di punti di fis-saggio.Lidea di far lavorare il vetro alla base della fi-losofia del progetto: levidenza visiva del ruolo strutturale del vetro aiuta lo spettatore a capire che tutte le soluzioni di progetto sono coerenti e che gli elementi dellopera sono solidali tra loro.Alla base del sistema c la volont di fare dlla parete il sistema di regolazione di tutti gli elementi.Leffetto ricercato quello della parete-tenda e cio parete appesa e dinamica. Per questo motivo gli unici elementi di aggancio verticali, posti al centro di ogni fila di pannelli sono delle molle, simbolo di dinamismo.

Le precedenti esperienze nella tecnica vetrata si distinguono per la fondamentale differenza che le uniche deformazioni che la struttura comporta sul vetro erano assestamenti di solai (Willis Faber solai in cemento) o ai carichi limite.

Nel caso delle serre vi sono tre tipi di deformazioni:1. La struttura pu deformarsi sotto la spinta del vento. I moduli laterali infatti se sottoposti a forte vento possono modificare a forma romboidale la facciata

2. Il tubo di sospensione della vetrata si pu defor-mare sotto carichi di neve o per la manutenzione3. Tutta la struttura pu modificarsi seguendo i mo-vimenti dei controventi.

Essendo il pannello di vetro rigido e indeformabi-le sono i sistemi di fissaggio a dover rispondere a queste deformazioni.Le qualit richieste al sistema di sospensione sono la capacit di sostenere il carico perfettamente verticale (peso del vetro) e la capacit di resistere ai carichi perfettamenti perpendicolari alla parete (dovuti al vento). Viene diversamente risolta la resi-stenza agli sforzi causati dalla deformazione della struttura, poich in un sistema rigido, questi com-porterebbero eccesivi carichi sul vetro.




Sostegno del peso

La vetrata sospesa in strisce verticali di quattro moduli sovrapposti. Ognuno di essi collegato allaltro mediante pezzi di fissaggio posti agli an-goli. Il modulo superiore di ogni striscia viene poi appeso alla struttura nel centro del lato superiore. Questa sospensione centrale permette al vetro di trovare il suo equilibrio e di pendere verticalmen-te indipendentemente dallorizzontalit del tubo di sospensione. Lunico punto di sospensione permet-te inoltre una flessibilit del sistema massima in caso di carico laterale. I giunti angolari, accorpati in gruppi da quattro, hanno il duplice compito di equidistanziare i pannelli e permettere il trasferi-mento di carico tra pannelli della stessa linea. Gra-zie ad unarticolazione interna infatti non possibile nessuno sacmbio di carico tra file di pannelli.

Resistenza al vento

Ciuscun modulo 2m x 2m resiste ai quattro angoli ai carichi del vento. Questo lo fa grazie alla trasmissione del carico al sistema di con-troventi a cavo. La trasmis-sione delle forze avviene lungo un distanziatore che collega il vetro alla struttu-ra. Tutti questi distanziatori sono articoati in due punti per non offrire alcuna resi-stenza ai carichi laterali.Questa assenza di reistenza si traduce in unassenza di

Le molle

Anche se ognuna delle quattro striscie di un pan-nello sia teoricamente libera di scorrere rispetto a quelle vicine, occorre considerare la resistenza of-ferta dai giunti in silicone. Ogni pannello infatti connesso allaltro da un giunto in silicone trasluci-do estruso. Questo oltre ad assicurare tenuta sta-gna, contribuisce alla coesione del sistema. Anche se le verifiche opportune hanno dimostrato che leffetto collante del silicone ridotto, di fatto un pannello vetrato 8m x 8m tende a lavorare come una piastra unica.I carichi laterali possono comportare differenze no-tevoli di di sforzi nei diversi punti di fissaggio.Per questo motivo stato introdotto il sistema delle molle. Questo sistema garantisce che il peso del pannello sia sempre egualmente distribuito tra tutti i punti di sospensione. Il carico limite (peso dei pannelli a riposo) di 600 kg. ogni superamento di questo carico comporta un allungamento che ha il fine di ridistribuire i ca-richi.

conseguenze nel caso di deformazione romboidale della struttura.




Principi di fissaggio e di controvento di un pannello.Principi di fissaggio e di controvento di un pannello.

Assemblaggio a quattro punti. Spaccato assonometrico. Assemblaggio a quattro punti.

Aggancio a molla.




Sistema di fissaggio per sospensione a molle

Questo sistema di fissaggio presenta una forma direttamente rispondente alla sua funzione, cio la trasmissione di carico verticale (peso del vetro) attraverso le molle. La sua forma non casuale. Le forze che meglio si adattano alle sezioni tubolari sono tangenziali (si distribuiscono lungo la sezione stessa). Il sistema appeso ne genererebbe invece di perpendicolari rischiando di ovalizzare il tubo.per questo laggancio avviene mediante un pez-zo appositamente studiato modellato a quarto di cerchio (distribuzione tengenziale) con unorecchia femmina. Proprio da questultima pende il sistema a molle. La geometria del sistema cos studiato suddivide le forze in due componenti: una orizzon-tale di compressione ed una obliqua di trazione.

La molla studiata appo-sitamente per rispondere perfettamente a questa di-namica delle forze. Sulla componente orizzontale di si aggancia infatti la par-te cosidetta della barra di compressione costituita da un manicotto filettato e quindi regolabile.

Sulla componente obliqua si oppone la molla. Le molle in realt sono due, elicoidali. Una sola molla era infatti troppo lunga per le esigenze richieste. Sotto il carico del vetro (600 kg) in condizioni nor-mali, pi il peso dei fissaggi, la molla (la si consi-dera unica) calcolata per una risultante di 740 kg. Viene precompressa a questo valore fino a ragiungere i 100 mm. Lo sforzo di precompressio-ne contenuto da piastre poste allestremit. A bloccare lestensione viene posto un fermo.




Sistema di fissaggio per punti

Tutti gli altri elementi di sospensione del vetro ap-partengono alla stessa famiglia. Questi rendono solidali uno, due o quattro fori della struttura peri-ferica e ai cavi di controvento.In una vetrata vi sono nove attacchi a quattro punti e sei a due punti. Tutti questi sostengono il peso del vetro e hanno funzione di dare resistenza alla pressione del vento perpendicolare alla facciata.Unica eccezione a questa regola lattacco a due punti posto al centro del tubo superiore ha compito di allineare i panneli vetrati e di resistere ai carichi laterali.

Il sistema a quattro punti

Il fissaggio a quattro punti ha una forma ad H ed articolato. Lattacco al vetro costituito da bullone articolato, il quale viene agganciato ad una ghiera filettata. Ad accogliere la ghiera un braccio ver-tivcale che regge i bulloni di pannelli sovrapposti. Il braccio verticale dotato di uno spinotto che, una volta avvitata la ghiera della giusta lunghezza, viene inserito nel foro ovale per bloccare il sistema.Questo sistema impedisce ruotazioni della ghiera.Il braccio verticale avvitato su su una tige (asta) che a sua volta avvitata su un braccio identico, ma posto in orizzontale. Per consentire larticola-zione tra i due bracci nel lavoro a flessione viene inserito allinnesto tra i due un perno.Il braccio orizzontale di un sistema a quattro pun-ti viene fissato allasta di collegamento mediante una testa articolata. Questo permette di prevedere che nessun movimento dellasta causer torsione nei punti di fissaggio del vetro.



Controventi

Cavi di Controvento

Il sistema del controvento parte dal suggerimento offerto dalledificio Willis e Faber di Norman Fo-ster. Levoluzione che si vuole per proporre a quel sistema sostanzialmente in risoluzione alla que-stione della trasparenza. Il sistema di montanti ve-trati e di attacchi mediante piastra e contropiastre di bloccaggio, vagliato agli inizi della progettazio-ne delle Serre, presenta una grande trasparenza se visto di fronte ma, diventa pi spesso e opaco se visto lateralmente. I sistemi di fissaggio nuocevano

poi allimpressione di vera leggerezza. La ricerca porta quindi a sostituire i montanti di vetro con un sistema di tiranti e cavi ancorati alla struttura retrostante, accentuando la leggerezza e trasparenza della struttura e permettendo una vi-sione nitida sul parco.Il funzionamento dl sistema si basa su due cavi di 19 fili da 12,7 mm luno posti in tensione luno contro laltro secondo un disegno a parabola, a

formare un poligono. La forma ottenuta median-te luso di distanziatori. Il termine del sistema nel-la struttura tubolare con un attacco a V formato da due braccia.La distanza tra i due cavi di 600 mm, al punto di ancoraggio e al centro della struttura. I cavi si incrociano ogni 1,20 m. I controventi sono posti orizzontalmente rispetto al piano di vetro, mante-nendo una distanza di 300 mm da questo. Per assicurare la distanza costante tra il vetro e i cavi, sono posti dei distanziatori ulteriori oltre a quelli tra i cavi. Il giunto a cerniera che unisce la staffa orizzontale al sistema di fissaggio dei punti garantisce lindipedenza di movimento del piano vetrato.La ragione di questa mobilit sta nel fatto che , sotto lazione del vento, il controvento modificherla sua forma e la sua posizione. I cavi sono pretesi

per sopportare un carico di 2 tonnellate ciascuno. Questo assicura una deformazione possibile molto limitata in casi di carichi statisticamente frequentiAl limite del carico di tolleranza uno dei due cavi va sotto sforzo, mentre laltro diminuir la sua pre-tensione.



Controventi

Effetti del vento

I diversi casi di carichi dovuti al vento sono sempli-ficati nei seguenti schemi.

PRESSIONE

DEPRESSIONE

DEPRESSIONE+PRESSIONE

Oltre al vento a produrre effetti il coefficiente di dilatazione termica differente dei materiali.

Come funzionano i controventi

Nel caso dei controventi delle Serre, il carico che si considera applicato ai cavi corrisponde alle forze del vento, che sono considerate distribuite in modo uniforme.Sottoposto a questo tipo di carico un cavo pren-de una curvatura parabolica, che corrisponde alla curvatura scelta per in cavi dlle Serre. Questa scel-ta, oltre che logica, rafforza il la chirazza strutturale

Vantaggi della pretensione

I vantaggi sono due:

1. Utilizzando la pretensione si possono utilizzare due cavi, uno al lavoro contro laltro, raddoppian-do lefficacia del tirante.

2. Lauento di tensione del filo diminuisce la freccia finale.

del sistema.Il cambiamento di forma dei cavi si visto che elimi-na il taglio, poich questo fornisce una componen-te alla tensione assiale del cavo. Il taglio ripreso cio dalla curvatura dei cavi. Quanto al momento si comporta allo stesso modo che in una normale trave: tensione nel cavo, compressione alla struttu-ra periferica.Nel caso delle Serre i due cavi agiscono insieme come due curve catenarie. Sotto un dato carico, la tensione di uno dei due cavi diminuisce e laltra aumenta. Si capisce come la ricerca di tensione continua dei cavi comporta la scelta della pretensione. Per via della configurazione parabolica pertanto se i carichi sono uniformemente distribuiti, non vi sar alcuna modifica di forma. Se i carichi sono asim-metrici, il tirante cambia forma per adattarsi. La pretensione ha il compito di evitare modifiche ri-levanti.

Se T2>T1



Controventi

Stabilit del piano verticale

Linnovazione del progetto va sottolineata nelle-splicazione della stabilit del piano verticale. Non vi assolutamente alcuna strutura sul piano verticale.I controventi sono su iani orizzontali e la loro stabi-lit garantita dalla parete vetrata.Poich la soluzione prevedeva due cavi pretesi opposti e incrociati, si rischiava la torsione del si-stema di controventamento. Per questo motivo, e per garantire la forma a parabola, si sono inseriti i distanziatori, che sono aste rigide su tutta la loro lunghezza, fino allattacco con il vetro.Edunque il piano vetrato che previene leventuale rotazione. Bisogna ricordare che anche la preten-sione, tende a stabilizzare lorizzontalit.Il vetro, per quanto gi visto, deve per avere la libert di muoversi. Per questo aggiunta una cer-niera supplementare intorno ad unasse verticale posizionato in corrispondenz di ogni distanziatore.

La validit del sistema stata interamente calcolata sulla base del peso di un uomo appeso ai cavi di controventamento.

asse di simmetria del controventoasta rigida sul

piano verticale

I componenti dei controventi

Serracavi

Sforzi cavo esterno Sforzi cavo interno

Braccio a V di fissaggio



La struttura

Il sistema

La struttura di una serra formata da un quadrato di tubi di acciaio inossidabile saldati. Il quadrato complessivo di 32 m x 32m suddiviso in pannelli 8m x 8m.La grande struttura in tubi attaccata alledificio della Citt della scienza, mediante due grandi ci-lindri circolari in cemento rivestiti in acciaio inossi-dabile. Questi hanno unaltezza di 24 metri e forni-scono il supporto orizzontale necessario ogni 8 m.La facciata profonda un modulo ed eccede lal-tezza dei pilastri di un modulo e quindi 8 m. Que-sta soluzione fa si che esista una facciata vetrata esposta anche a nord. Tutte le direzioni cardinali sono coperte. Anche il tetto vetrato per tutti i 32 m di lunghezza. Il peso della facciata complessiva sotenuto da 7 mensole che si trovano sullo zoc-colo a terra. I tubi alla base sono 1 m in avanti allo zoccolo. La facciata risulta dunque a sbalzo sullacqua sottostante.



La struttura

I controventi strutturali

Ad ogni livello (8 m) la struttura legata ai pilastri di cemento con un sistema di tiranti pretesi.Questi controventi seguono lo stesso principio di quelli realizzati per la vetratura. Il cambio di scala e di carichi in gioco, comporta delle modifiche di-mensionali e delle scelte adeguate. Limpossibilit di utilizzare cavi ha fatto si che questi siano sosti-tuiti da tondini di ferro pieno, montati a riprodurre la curva parabolica. Verso le facciate est e ovest i tiranti formano una struttura rigida triangolare che ben assolve il compito di resistenza ai carichi late-rali.

Il cambio di scala comporta un dimensionamen-to diverso anche di distanziatori che diventano qui degli elementi tubolari che assolvono anche il compito di sostenere tutto il peso dei tiranti.Diverso il sistema di controventamento dlla coper-tura e della facciata esposta a nord. Nel primo caso sono usati dei controventi a croce tesi quel tanto che basta per prevenire il cedimento di que-sto volume sotto il suo stesso peso. Nel caso della facciata nord il sistema di controventamento affi-dato ad un diagonale semplice.

I controventi comprendono quindi i seguenti ele-menti:

a. Tubi esterni posti a forma di Ub. Tiranti pretesi a contrasto dei carichi esternic. Tiranti pretesi a contrasto dei carichi interni

Come detto c e b sono pretesi luno contro laltro.La reazione del sistema avviene accrescendo in un a serie di tiranti la tensione mentre laltro la decre-sce sino a zero. Il tirante residuo resister allora da solo. La struttura pu subire deformazioni consistenti in due particolare casi limite studiati per le Serre.Caso 1Forte pressione verso linterno e forte pressione la-terale. In questo caso la barra c pu arrivare a perdere la sua tensione. Resta comunque indispen-sabile per resistere ai carichi laterali. Si ha allora uno spostamento laterale della struttura per poter-la rendere nuovamente operativa.

Sistema Funzionamentodel Sistema

Caso 1Caso 1

Caso 2 Caso 2

Caso 2Forte pressione interna che comporta un grande aumento di tensione nei tiranti c. Questo aumento comporta un incremento notevole di compressione degli elementi a. Vinta la resistenza dei tiranti b la struttura si riadatter piegandosi. Se le saldature del tubo frontale fossero fatte male esso potrebbe cedere per effetto del carico di punta.

Per evitare questultimo caso si dunque interve-nuti sui nodi degli elementi frontali trovando siste-mi di saldatura maggiormente controllati.



La struttura



Dalle Serres de la Villette alleSerres de Citron

I progetti di vetro

Dopo lesperienza alla Villette, RFR si deic a lun-go alla ricerca nel campo del vetro strutturale.Numerosi sono i progetti che fino ad oggi hanno caratterizzato la produzione del gruppo con que-sto tema ma, vengono riportati qui solo alcuni di questi. I criteri di selezione sono due: da un lato la volont di ricordare solo i progetti nati dalla colla-borazione con Peter Rice, morto nel 1992 e padre fondatore del gruppo, dallaltro quello di chiudere con circolarit largomento proponendo in ultima sede il progetto delle Serres del parco Andr Ci-troen, sempre a Parigi.

Questi progetti esprimono bene la nozione di trasparenza e consentono di approfondire con casi pratici i concetti di Processo, Prevedibilit e Gerarchia

La trasparenza costituisce di fatto il denominatore comune di tutti questi progetti. La trasparenza pu essere interpretata come lam-biguit tra la presenza e lassenza del piano ve-trato. In altri termini risponde al contempo a due intenzioni:1. minimizzare gli ostacoli visivi 2. rendere lo spettatore cosciente della presenza della superficie vetrata e dei suoi sistemi di sospen-sione. Bisogna aggiunngere ci una considerazione sulla natura riflettente del vetro e sulle sue variazioni sot-tili tra la trasparenza assoluta e leffetto specchio.

Vista dallinterno delle Serres de la Villette Vista dallinterno delle Serres del Parc Citroen



Passerella LintasParigi 1985

Si tratta di una passerella di collegamento aereo tra due edifici. Il progetto prevedeva una campata unica, poich non era possibile appoggiarsi sulla terrazza sottostante. La luce da superare di 18 m.La spettacolarit dellarchitettura elevata e deriva dal fatto che essendo la trave posta in orizzontale, possibile appendere un pavimento vetrato.La struttura composta di due tetraedri che si in-contrano in un punto a centro della copertura e sono fissati allestremit delledificio esistente.Particolarit dl progetto limposibilit di raggiun-gere larea con grandi gru. Pertanto la struttura stata pensata smontata in maniera da poter passa-re attrverso le aperture delledificio.



Grand NefParigi 1986

Grande navata di collegamento tra i corpi di fab-brica della collina nord della Tete Defnse, uno spazio ambiguo cos come le Serre: n interno, n esterno. Sistema di facciate vetrate appese, si ca-ratterizza per luso di un particolare tipo di trave in compertura, chiamata a pesce di acciaio. Que-sta costituita di due archi tesi luno contro laltro, tenuti da travi di bordo e un ventaglio di tiranti. Interessante il grande studio compiuto per allog-giare i sistemi di manutenzione, necessari in grandi superfici vetrate come queste. Di tutte le soluzioni la pi perticolare un carrello a pedali che scorre su rotaie fisse tra la struttura del tetto e la tenda di copertura.



Banca Popolare dellOvest e dellArmoricaMontgermont 1985

Questo progetto introduce una soluzione partico-lare. La grande vetrata esposta a sud, e pertanto si richiede un grado di trasparenza elevato, lega-to ad un oscuramento dallirraggiamento diretto. Inoltre novit fondamentale luso del doppio e triplo vetro camerato. Per risolvere questo pro-blema viene ripensato il bullone articolato e, forti dellesperienza parigina, anche laggancio assume una forma a X moto pi efficiente.La soluzione adottata per loscuramento una facciata arretrata rispetto alla struttura di circa 2 metri. In questa distanza si trovano i sistemi di con-troventamento per irrigidire la facciata.



Piramide RovesciaParigi 1993

Questo intervento si caratterizza per lelevata spet-tacolarit dela sospensione del volume.Le vetrate, che non devono considerare alcun pro-blema di tenuta stagna, sono sospese attraverso un sistema tubolare di acciaio.Le superfici laterali della piramide sono appeseco-me cortine a un telaio metallico regolabile ,inserito nella struttura circostante di calcestruzzo.Si tratta di una struttura controventata con tiranti tubolari pieni.La stabilit delle facce ottenuta mediante la natu-rale rigidit della forma piramidale.Innovazione la possibilit di ruotare le lastre di punta della piramide per facilitare le operazioni di pulizia.



Bureaux 50 Av. MontaigneParigi 1993

Questo progetto si distingue, a distanza di qualche anno, per una facciata di vetro ampiamente dis-solta e particolarmente sottile. La parete di vetro conclude un atrio di pianta semicircolare, orientato a sud, verso la corte interna adiacente. La struttura portante composta da una serie di tiranti orizzon-tali, posti uno sopra laltro, ancorati radialmente alle rispettive solette di copertura. Questa disposi-zione, resa possibile dalla geometria semicircolare delledificio, ha consentito di realizzare cavi parti-colarmente sottili, e di avere lastre alte 3,80 m. Per alleggerire ulteriormente la facciata e soddisfare il desiderio degli architetti, di riflettere il semicilindro nel vetroper produrre limmagine virtuale di un ci-lindro intero, i fissaggi sono disposti sul lato esterno della facciata, smussando gli angoli delle lastre.Internamente si ha cos una superficie di vetro completamente piatta.



Channel 4Londra, 1993

Progetto di Richard Rogers per la sede del canale televisivo Channel 4. RFR viene coinvolta nella re-alizzazione dellatrio, realizzazione che si compie con una grande vetrata a semicerchio.In questo progetto si ritorna allattacco a quattro punti con staffa retrostante a collegamento con il controvento.La controventatura segue landamento della solet-ta semicircolare.



Serres CitroenParigi 1993

Il progetto per il Parc Andr Citroen si compone di otto serre: sei piccole dette serre seriali e due grandi serre monumentali. Queste ultimi valoriz-zano al massimo il sistema studiato per le Serre de la Villette. Sono volumi di 45 m x 15 m x 15 m, nei quali i progettisti hanno voluto estremizzare il con-trasto tra materiali antichi (pietra bronzo e legno) e moderni (acciaio e vetro).Le Serre sono basate su una maglia ordinaria, an-che se la luce tra i pilastri di 15 m, pilastri con-nessi esclusivamente allo zoccolo e con una trave perimetrale in testa.Il sistema della vetrata si comporta esattamente come quello de la Villette, si affina per in una duplice gerarchia di capriate.Vi infatti un doppio sistema, orizzontale e verti-cale, costituito di elementi di compressione tubo-lari, e elementi di tensione a cavo metallico. Gli elementi verticali hanno il compito di sostenere le compressioni indotte sulla facciata e trasmesse da-gli elementi orizzontali. A frenare la tendenza a piegarsi fuori del piano de-gli elementi orizzontali, dei cavi metallici che cor-rono pretesi per laltezza della facciata.



Serres CitroenParigi 1993

Bibliografia

H. Dutton P. Rice, Il vetro strutturale, Tecniche Nuove Editore, Milano 1991D. Balkow C. Schittich M. Schuler W. Sobek G. Staib, Atlante del Vetro, UTET, Torino 1999H. Dutton P. Rice, Structural Glass, Spon Press, New York 2005

www.rfr.frwww.scmf.com.frwww. structuralglass.comwww.pilkington.com

Serre de La Villette_Concezioni Strutturali_Samuele Vaccari

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