Da diversi anni lo studio BlueOffice Architecture di Bellinzona, con a capo l’arch. Filippo Broggini, crea e sviluppa sistemi statici ad alta efficienza, in collaborazione con altri architetti, ingegneri e con istituti di ricerca in Svizzera e all’estero. Negli anni lo studio ha sperimentato innumerevoli sistemi e configurazioni geometriche, passando dalle tensegrità “tradizionali” ad aste discontinue (TAD), alle Tensairity (tensegrità ad aria compressa), a quelle con aste parzialmente continue (TApC) seguendo i modelli del prof. René Motro in Francia.
Nello sviluppo di queste geometrie, la ricerca di BlueOffice Architecture si è focalizzata su sistemi a tensegrità con aste continue (TAC) che presentano circuiti compressi chiusi capaci di garantire una maggior rigidità del dispositivo. In questo percorso di ricerca è nata la società AEA applied engineered architecture il cui scopo consiste nel promuovere lo studio, la ricerca e la costruzione di strutture a massa minima (minimal mass structures).
La realizzazione illustrata qui di seguito rappresenta un ulteriore esempio relativo alla forza estetica e alla pertinenza statica di questi particolari reticoli spaziali. Durante gli anni 2018-2019 la ricerca si è concentrata su configurazioni base di reticoli ad aste e cavi autocompressi ove elementi compressi generavano circuiti chiusi. I modelli di studio hanno evidenziato la maggior rigidità di questi reticoli rispetto a quelli TApC.
Da geometrie relativamente semplici (semi-prismi, semi-cubi) si è passati ad altre più complesse (sfere, cilindri cavi, …) tutte in ogni caso generate da “unità” sempre simili. Il “mattoncino” è prodotto da quattro segmenti (aste) che si incrociano spazialmente come una sorta di zig-zag senza tuttavia toccarsi. Ogni vertice è unito da cavi in acciaio inox che comprimono il sistema rendendolo rigido.
La collaborazione con l’artista francese Clément Vieille è valsa allo studio il mandato relativo alla progettazione e la realizzazione del padiglione Hermès-Paris al salone Watches & Wonders di Ginevra. La pandemia e la successiva crisi sanitaria hanno imposto una lunga attesa che ha tuttavia permesso di sviluppare ulteriormente il progetto in collaborazione con EPFL-CCLab in relazione ai materiali compositi (fibra di carbonio) e il montaggio e con SUPSI-MEMTI per la parte di calcolo meccanico dei giunti di collegamento.
L’ottimizzazione si è spinta nel calcolo accurato di tutti i componenti del giunto vincolati oltretutto anche ad esigenze estetiche. Un ottimo esempio di collaborazione tra ingegnere civile, ingegnere meccanico, architetto ed artista.
Le geometrie della struttura sono state ottimizzate mediante Form Finding e successivamente calcolate sia con il metodo del rilassamento dinamico (dynamic relaxation method), sia con calcolo ad elementi finiti FEM.
Ottenere un dispositivo compattabile, desiderio espresso dall’artista, si è rivelata un’ulteriore complessità. I modellini di studio avevano evidenziato la capacità delle geometrie a corda cava di comprimersi, esercitando una leggera pressione lungo il loro asse verticale.
Concettualmente la struttura a tensegrità doveva trovarsi in uno stato di “pre-equilibrio” sovrapponendo così aspetti statici e dinamici. Uno studio di dettaglio eseguito dal prof. Landolf Rhode-Barbarigos ha descritto con grande precisione il comportamento dinamico della struttura nelle sue fasi di compattaggio. Allentando la tensione su alcuni elementi (cavi radiali), la struttura era in grado di passare da un’altezza abituale di 7.0 m a un’altezza di 1.20 m. Questo offriva grandi vantaggi nella movimentazione e nel trasporto dal laboratorio EPFL al luogo dell’esposizione.
L’ottimizzazione strutturale – benché siano state considerate le dovute riserve relative alle sezioni portanti – ha consentito una riduzione considerevole del peso totale assestatosi a circa 240 Kg con carichi (incluso fattore sicurezza) sulle aste di 4.94 KN (compressione), sui cavi radiali di 5.10 KN e sui cavi ad elica (interni ed esterni) di 2.30 KN.
La struttura è costituita da: 180 giunti, 180 aste in carbonio, 84 cavi radiali, 348 cavi ad elica in acciaio inox.
Le aste si dispongono su percorsi ad elica con andamento alternato esterno-interno. L’insieme delle aste crea un unico circuito chiuso sviluppato su 6 tracciati di andata e ritorno tra i 6 vertici inferiori (base) e i 6 superiori (sommità).
I cavi sono di due tipi. Una serie comprime tutto il dispositivo ed è disposta su 14 piani orizzontali disposti a diverse altezze: ogni piano contiene 6 cavi.
Il secondo tipo è a elica con andamento destrogiro e levogiro. Due sono le famiglie: quelle in movimento all’esterno del cilindro e quelle in movimento al suo interno. La forma che ne risulta rappresenta un cilindro cavo (codre creuse, hollow rope) con ø esterno 3.35 m, ø interno 1.65 m e un’altezza (tra base e sommità) di 7.0 m.
Terminato l’evento espositivo Hermès a Ginevra, la struttura è rientrata presso i laboratori dell’EPFL dove una nuova serie di test statici consentirà di verificare nel dettaglio quanto il calcolo teorico corrisponda al comportamento reale della struttura.
Poiché la struttura deve potersi comprimere, essa rimane un “meccanismo” in grado di dilatarsi leggermente. Si è notato come ad ogni montaggio, la geometria vari leggermente e come la forma tenda ad allungarsi o ad accorciarsi. Per questa ragione, a ogni montaggio, è stata eseguita una scansione tridimensionale, intervento richiesto per poter risalire esattamente alla posizione spaziale (coordinate X, Y, Z) di ogni giunto. Evidentemente questa disposizione reale non corrispondeva esattamente a quella teorica generata da geometrie perfette. Una volta rilevate le coordinate reali dei punti, esse venivano re-introdotte nel calcolo statico descrivendo con più accuratezza quanto mostrato dalla realtà: ripartizione dei carichi, allungamenti, deformazioni progressive, …
Fino ad oggi predizioni e realtà convergono, è importante tuttavia comprendere a fondo il comportamento di queste strutture onde poterle poi proporre per applicazioni in architettura e genio civile.
Questa struttura, dalle geometrie complesse, dimostra che la forma ha ancora ragione di essere allor quando rappresenta l’espressione di un comportamento statico particolare, diventando espressione della profonda unità che lega Forza, Forma e Materia.
Ciò nonostante questi progetti non possono che nascere dall’azione interdisciplinare che lega competenze specifiche di punta, non solo nelle fasi di progettazione ma anche in quelle realizzative e di montaggio.
Omaggio anche alla lungimiranza della committenza che ha saputo percepire nuove sfide animando e offrendo l’opportunità di percorrere il tortuoso percorso che collega un primo modellino di studio alla realtà.
Padiglione Hermès-Paris, Watches & Wonders 2021
A cura di:
Arch. Filippo Broggini
BlueOffice Architecture,
Bellinzona
Team di progetto
AEA applied engineered architecture | Bellinzona-Genève (CH)
arch.ti Félix Stämpfli, Filippo Broggini
Clément Vieille artiste plasticien | Saint Alban Leysse (F)
INGPHI ingegneria civile | Lausanne (CH)
ing. Bernard Adam
University of Miami, College of Engineering | Miami (USA)
prof. Landolf Rhode-Barbarigos
EPFL-CCLab | Lausanne (CH)
prof. Thomas Keller, ing. Tara Habibi
SUPSI-Mechanical Engineering and Material Technology Institute
ing.ri Luca Diviani, Simone Salamina
Costruttori
LT Bruno Lehmann | Trub (CH)
Jakob | Trubschachen (CH)
BWB | Stans-Oberdorf (CH)
Mateduc composites | Ste. Gemme (F)
Friderici special | Tolochenaz (CH)
G.M.I. General Montaggi Industriali | Villadose (I)
AEA & Clément Vieille, montaggio (CH-F)
Committente
Hermès | Paris (F)
