Le strutture TNT, dotate di snodi in metallo, rappresentano un sistema costruttivo modulare reticolare tridimensionale, basato sull’impiego di aste collegate tramite nodi metallici, generalmente sferici o piani. Questo schema permette una distribuzione omogenea dei carichi e consente la realizzazione di coperture a grande luce, leggere ma strutturalmente efficienti.
Noto a livello internazionale in questo specifico campo d’applicazione, l’arch. Filippo Broggini porta avanti, con il proprio studio BlueOffice Architecture di Bellinzona e AEA (applied engineered architecture) di Ginevra, lo studio e lo sviluppo di sistemi statici ad alta efficienza, in collaborazione con architetti, ingegneri e istituti di ricerca in Svizzera e all’estero. Negli anni lo studio ha sperimentato innumerevoli sistemi e configurazioni geometriche raggiungendo risultati eccellenti.
Il progetto TNT, presentato qui di seguito, rappresenta un ottimo esempio di forza estetica e pertinenza statica in cui il metallo gioca certamente un ruolo fondamentale. Grazie alle sue proprietà meccaniche – resistenza, duttilità, leggerezza e durabilità – questo materiale rappresenta l’elemento strutturale chiave nella realizzazione di questa tipologia di strutture. Consente di fatto la creazione di sistemi modulari compattabili, in grado di unire solidità strutturale e flessibilità d’impiego. Gli snodi metallici, cuore del sistema, permettono connessioni precise tra gli elementi, assicurando stabilità e rapidità di montaggio.
Struttura TNT compattabile per eventi
Il sistema statico della struttura è composto da una serie di piramidi a base quadrata, con vertice rivolto verso l’intradosso, collegate tra loro da cerniere e puntoni. L’insieme crea un arco replicabile longitudinalmente a piacimento. Ogni arco può dunque essere considerato un elemento autoportante. L’idea originale, sviluppata dagli architetti Félix Stämpfli e Thomas Wegener, è stata successivamente perfezionata per garantire un corretto dimensionamento del dispositivo, in conformità alle norme SIA-Eurocode, e una miglior concezione dei giunti di collegamento.
L’idea era quella di creare una struttura per eventi compattabile ma al tempo stesso capace di esprimere qualità estetiche grazie al contrasto creato dal calore materico del legno, utilizzato per le aste, e la resistenza dell’alluminio utilizzato per i giunti metallici.
Il principio di base consisteva nell’utilizzare i materiali più resistenti nelle zone soggette a maggiori sollecitazioni, mantenendo al contempo la libertà di generare forme articolate, in grado di risolvere geometricamente i movimenti di compattazione complessiva riferiti alle unità strutturali: le piramidi, appunto.
Si è potuto così identificare un sistema di collegamento che permettesse di assemblare ogni piramide – composta da otto aste – direttamente in atelier, dispiegandola successivamente in cantiere grazie a semplici movimenti quali: sollevare, ruotate, collegare.
Componenti tecniche
Una volta assemblate le piramidi, le stesse vengono capovolte e collegate tra loro mediante giunti a cerniera.
Una parte significativa dello sviluppo progettuale è stato consacrato all’ideazione dei giunti di collegamento, del relativo sistema d’innesto e auto bloccaggio, costantemente validati in relazione al sistema costruttivo prescelto: fresatura da blocco pieno. Grazie a moderni sistemi digitali è possibile oggi progettare, stampare e verificare in tempo reale soluzioni geometricamente complesse ottimizzando di conseguenza la produzione in serie.
Nel caso specifico sono stati ideati giunti con specifiche funzioni:
- collegamento delle quattro aste alla base e alla sommità della piramide;
- collegamento all’estremità dell’asta piana e a quella inclinata;
- collegamento delle piramidi tra loro mediante giunto a innesto e rotazione.
Certamente l’elemento più complesso da concepire è risultato essere il componente destinato a garantire il collegamento tra le piramidi. Nel processo progettuale è stato possibile definire un giunto composto da quattro elementi identici, assemblati secondo un principio di simmetrie incrociate sotto-sopra/destra-sinistra in cui un perno centrale funge da collegamento, garantendo sia il bloccaggio che la rotazione degli elementi accoppiati.
Il calcolo FEM (Finite Element Method) ha permesso di definire gli spessori necessari a garantirne il perfetto funzionamento, soprattutto in relazione ai labbri circostanti il perno.
Montaggio struttura TNT
Il montaggio della struttura viene eseguito seguendo le seguenti fasi:
- Gli elementi vengono pre-assemblati in atelier;
- Successivamente vengono trasportati e posizionati nell’area di montaggio;
- Le piramidi vengono dispiegate, allineate e connesse tra loro;
- Sul terreno, gli archi, nella loro forma planare, vengono disposti e collegati grazie al giunto G. I vertici delle piramidi vengono collegati da profili (puntoni) telescopici. Il loro accorciamento permette di arcuare la struttura;
- Una volta raggiunta la posizione definitiva, i profili vengono bloccati, conferendo agli archi rigidezza;
- Seguendo il profilo dell’intradosso, viene fatta scivolare la membrana di copertura.
Un’altra importante parte del progetto è stata dedicata alla verifica del sistema di montaggio. In una prima fase è stata costruita una maquette in grado di simulare l’accorciamento dei puntoni dell’intradosso e il conseguente sollevamento degli archi.
A fine progetto il sistema è stato testato con successo inglobando tutte le componenti definitive relative all’ossatura strutturale. È così stato possibile ottenere una struttura estremamente rigida, composta da elementi identici pre-assemblati in atelier.
Conclusioni
Il progetto TNT si è rivelato un’opportunità incredibile per approfondire vari aspetti ingegneristico-architettonici legati alla progettazione di un padiglione di piccole dimensioni. Un primo calcolo statico ha permesso di identificare le sezioni portanti degli elementi in legno rispettivamente gli sforzi ai punti di collegamento (giunti). Una seconda fase di calcolo si è per contro concentrata sul calcolo di dettaglio riferito ai giunti di collegamento, giunti che non solo dovevano contrastare gli sforzi precedentemente definiti, ma anche e soprattutto semplificare al massimo le fasi di montaggio.
Lo sviluppo di questi elementi è stato significativamente influenzato dalle esperienze professionali maturate in Giappone dall’arch. Broggini, tuttavia, l’innegabile evoluzione tecnologica riferita alle stampanti 3D ha consentito di migliorare progressivamente, modello dopo modello, ogni aspetto meccanico, estetico e produttivo.
Il risultato è quindi un insieme di elementi ultra compattabili, facilmente trasportabili e rapidamente dispiegabili e assemblabili.
Il progetto deve ora necessariamente orientarsi verso la ricerca di sbocchi industriali per la produzione, con l’obiettivo di offrire al mercato una struttura non solo di straordinario impatto estetico, ma anche caratterizzata da una raffinata e sofisticata ingegnerizzazione delle sue componenti meccaniche.
A cura di:
Barbara Soer
AM Suisse Ticino,
Gordola
Contributi:
Arch. Filippo Broggini
BlueOffice Architecture,
Bellinzona
Immagini:
BlueOffice Architecture & ass architectes associés SA
