Le tensostrutture, soluzioni leggere per l’architettura

di: Arch. Gaia Mussi

Le tensostrutture sono soluzioni strutturali che permettono di coprire e sviluppare forme architettoniche molto varie e complesse. Ne esistono di diverse tipologie, ma generalmente tutte garantiscono leggerezza, flessibilità e utilizzo di pochi materiali.

Stadio olimpico di Monaco di Baviera, Otto Frei, 1968-1972

Cosa sono le tensostrutture?

Le tensostrutture sono soluzioni costruttive utilizzate per realizzare strutture portanti di grandi dimensioni. Esistono diverse tipologie di tensostrutture, ma in generale possiamo dire che si tratta di strutture composte da elementi portanti principali soggetti solo a sforzi di trazione, che prendono il nome di “funi”.

The O2, Londra. Precedentemente nota come Millenium Dome, questa struttura è stata progettata dall’architetto Richard Rogers ed è composta da una tensostruttura che appare come una tenda bianca con 12 piloni di supporto altri 100 metri

A seconda della tipologia di struttura, è possibile coprire grandi luci o grandi superfici. La prima grande distinzione che si può fare è tra strutture in fune e strutture spaziali o continue. Nel primo caso è possibile fare un’ulteriore suddivisione in sistemi a fune singola, trave di funi e rete di funi monostrato. Questi sistemi devono essere stabilizzati per approfittare al massimo delle loro capacità portanti e a seconda della modalità scelta vengono più generalmente suddivisi in sistemi strallati e sistemi sospesi. I sistemi spaziali, invece, hanno una conformazione a maglia sospesa (membrane) e sistemi reticolari di funi stabilizzati con supporti verticali o inclinati.

Al di là della soluzione scelta, quando si utilizzano le tensostrutture per creare delle coperture, eventuali limiti possono risiedere nel comportamento termico e acustico delle strutture, non sempre soddisfacente.

Le tensostrutture nella storia dell’architettura

Come detto, le tensostrutture permettono di coprire grandi luci e superfici ed è quindi semplice comprendere come il loro sviluppo sia strettamente connesso all’evoluzione delle costruzioni e delle loro forme nel tempo.

Oggi l’architettura propone edifici e costruzioni dalle conformazioni spaziali sempre più articolate, che quindi richiedono uno studio particolare delle strutture di copertura.

Le tensostrutture offrono interessanti risposte, aggiungendo anche valori come la leggerezza e la limitazione degli spessori delle strutture: non servono imponenti strutture verticali o sezioni importanti di elementi orizzontali. Questo garantisce risultati di qualità, flessibilità, costi sostenibili e modalità espressive interessanti.

La leggerezza in architettura è un tema che ricorre nella storia e che ha trovato sempre più diffusione dopo lo studio e il successivo utilizzo dell’acciaio a partire dall’Ottocento.

Un grande contributo nello sviluppo delle tensostrutture è arrivato dall’architetto e ingegnere tedesco Otto Frei, che nel 1954 conseguì il dottorato in ingegneria sulle costruzioni in tensostrutture. L’architetto si dedicò per anni allo sviluppo di queste strutture leggere, fondando anche un istituto dedicato presso l’Università di Stoccarda.

Padiglione della Repubblica Federale Tedesca, Otto Frei, Montréeal (1967)

Tra i progetti più noti a seguito di queste ricerche si possono annoverare il padiglione della Repubblica Federale Tedesca a Montréal (1967) e le coperture dello stadio Olimpico di Monaco di Baviera per le Olimpiadi del 1972 (img in apertura).

Sistemi a funi

I sistemi a funi strallati sono principalmente utilizzati per la realizzazione di ponti strallati, che coprono grandi luci, anche superiori a centinaia di metri. Hanno la caratteristica di utilizzare l’elemento fune nella sua forma più semplice di tirante rettilineo tra due punti di ancoraggio.

Ponte strallato di Øresund

Questi cavi partono da piloni di sostegno verticali o inclinati e raggiungono un impalcato o un elemento di copertura orizzontale. In sostanza i componenti del sistema sono 3: i piloni di sostegno di altezza superiore al livello di copertura, gli stralli (quindi le funi) e la struttura di orditura orizzontale.

Questo sistema permette di ridurre il peso della struttura orizzontale ed è quindi adatto, oltre che per i ponti, a coperture molto sporgenti come hangar per aerei o coperture delle tribune negli stadi. Un comportamento ancora migliore si ha quando si crea un doppio sbalzo orizzontale che, contrapponendo i pesi, permette di ridurre la sezione della struttura portante verticale.

Le strutture sospese hanno una storia antica e venivano utilizzate per realizzare ponti sospesi, che inizialmente altro non erano che semplici passerelle. In queste strutture l’impalcato è appeso per mezzo di funi tese verticalmente a dei cavi principali, sorretti da strutture portanti verticali. I cavi principali costituiscono un arco rovescio, con il compito di trasmettere una parte molto importante del carico.

Sistemi spaziali

Il sistema spaziale prevede la disposizione delle funi portanti e stabilizzanti su diversi piani, invece che adiacenti nello stesso. Si creano quindi conformazioni spaziali, con diversi angoli e il più delle volte ortogonali, che collaborano e si scambiano mutue azioni per sopportare i carichi imposti. Queste strutture vengono più difficilmente divise e classificate in classe, in quanto il loro comportamento e quindi le loro caratteristiche sono connesse alla forma della costruzione, quindi al perimetro cui sono connesse. Il sistema di stabilizzazione spaziale può essere paragonato a un tessuto, in cui si intrecciano e collaborano trama e ordito. Tra queste soluzioni ci sono anche le strutture a membrana, dette architetture tessile, che offrono la libertà di poter scegliere tra varie forme.