Progettazione strutturale di volte sottili in vetro e acciaio irrigidite da reti di funi
RELATORI: Prof. Ing. Maurizio Froli; Ing. Gerardo Masiello; Arch. Ing. Niccolò Baldassini (RFR Ingénieurs)
TESISTA: Gabriele Del Guerra ( gabrieledlg@alice.it )
Vincitore del premio di laurea TESIONLINE 2007/2008 >> TESIONLINE
SOMMARIO:
L’esigenza di progettare una copertura per i cortili interni della Facoltà di Ingegneria di Pisa che fosse allo stesso tempo visivamente molto leggera, staticamente ed architettonicamente adeguata all’inserimento in un edificio storico, oltreche di costi contenuti, ha portato a proporre in questa tesi la tipologia strutturale della volta sottile reticolare, nella letteratura tecnica anglosassone indicata come single layer grid shell.
La volta sottile reticolare con appoggio diretto dei vetri rappresenta una soluzione molto valida sia sotto il profilo economico – per la riduzione dei costi conseguente alla standardizzazione dei pezzi, alla eliminazione dei telai secondarî ed alla minimizzazione degli interventi sull’esistente – sia dal punto di vista tecnologico-estetico, prestandosi molto bene a caratterizzare con un deciso linguaggio contemporaneo l’edificio e a sottolinearne la funzione di sede di una Facoltà tecnica.
La configurazione geometrica di superficie ottenuta per traslazione consente l’utilizzo di pannelli di vetro quadrangolari piani e di aste in acciaio tutte uguali tra di loro.
L’utilizzo di un reticolo quadrangolare di aste di acciaio con cavi pretesi disposti lungo le diagonali, e la geometria a doppia curvatura sinclastica, garantiscono alla struttura un comportamento sostanzialmente membranale, con momenti flettenti molto limitati anche sotto combinazioni di carico dissimmetriche e conseguentemente uno sfruttamento ottimale dei materiali e delle sezioni resistenti.
Figura 1: sin: diagramma degli sforzi normali nella copertura proposta sotto una combinazione di stato limite ultimo dxt: grafico con i risultati di una analisi di sensibilità alle imperfezioni iniziali nei confronti dei fenomeni di instabilità eseguita sulla copertura del Museo di Storia della città di Amburgo di J.Schlaich. In ordinata lo spostamento del nodo di controllo, in ascissa il coefficiente di incremento dei carichi rispetto alla combinazione di carico limite ultimo relativa. Il parametro è costituito dall’entità della massima imperfezione iniziale espressa in millimetri.
Una struttura di questo genere ha un comportamento statico di tipo non lineare, per la sua forma e per la presenza dei cavi che lavorano esclusivamente in trazione. Il calcolo e la verifica della struttura sono stati fatti secondo le direttive della normativa italiana e degli Eurocodici. La sensibilità agli effetti del secondo ordine ha imposto una analisi di tipo geometricamente non lineare, svolta con codici di calcolo distinti tra i quali GSA8/Fablon®, implementati sulla base di metodi numerici differenti quali il Transient stiffness method e la Dynamic Relaxation).
Particolare attenzione è posta sui fenomeni di instabilità dell’equilibrio attraverso una analisi parametrica volta a determinare la sensibilità della struttura nei confronti delle imperfezioni geometriche iniziali. Queste ultime sono state messe in conto – per ogni combinazione di carico – modificando la geometria iniziale del modello secondo la forma della configurazione deformata relativa. Sono state quindi condotte analisi con incrementi di carico successivi fino al raggiungimento dell’instabilità.
Parte integrante della tesi è stata l’esperienza di stage presso il celebre studio di ingegneria RFR di Parigi (fondato da Peter Rice), all’avanguardia nel campo delle strutture in vetro e acciaio sin dagli anni ‘80 con i progetti per le Piramidi e le altre coperture del Louvre. Di RFR e di altri importanti progettisti europei ed americani (Schlaich, Sobek, Ludwig&Weiler, DewhurstMacFarlane) sono presentate in questa tesi le più significative opere in vetro e acciaio.