Le tensostrutture: dai ponti sospesi alle prime coperture tensili

Ripercorriamo la storia delle tensostrutture per capire come è stato possibile arrivare alle moderne realizzazioni a partire dai primi esempi di strutture tensili: i ponti sospesi.


Con il termine "tensostruttura" (hanging roof in inglese, o hängende dach in tedesco) ci si riferisce a «qualsiasi struttura dove siano preponderanti gli elementi sollecitati esclusivamente a trazione, che vengono realizzati, nella realtà costruttiva, con cavi di acciaio; con le tensostrutture si possono realizzare reti di funi, coperture di grandi spazi aperti, impalcati di ponti sospesi». [1] Si tratta, quindi di strutture «nelle quali predomina la più semplice delle sollecitazioni, ossia quella di trazione: strutture caratterizzate cioè dal fatto che il compito che sono chiamate ad affrontare, ossia il riporto a terra di forze applicate nello spazio, viene appunto assolto da una opportuna organizzazione di membrane lavoranti in massima parte a sollecitazioni di trazione a taglio». [2]

Grazie all'utilizzo di un sistema di supporti rigidi di varia forma e dimensione, sottoposti a sollecitazioni, il peso delle strutture è nettamente inferiore al peso portato. Questa leggerezza consente di ottenere notevoli spazi liberi con il minimo impiego di materiale. Anche per questo tipo di strutture è possibile utilizzare il legno e lo si può constatare facilmente con una semplice ricerca online tra le aziende che si occupano di costruzioni in legno. Molte di esse, infatti, nei loro cataloghi presentano anche una sezione riservata alle tensostrutture, destinate agli usi più disparati.

Prima di osservare qualche esempio di tensostruttura in legno, data la complessità dell'argomento, è necessario un breve excursus storico che faccia comprendere come si è arrivati a concepire queste grandi strutture e quali sono state le tappe che hanno permesso la loro affermazione nel panorama architettonico mondiale. Non si può, quindi, evitare di fare qualche accenno alle prime tensostrutture, i ponti sospesi.

La loro storia è antichissima. [3] Non è escluso che anche in epoche precedenti ci siano stati esempi di strutture di questo tipo, ma le prime testimonianze documentali relative ad alcune proto-tensostrutture si riferiscono a costruzioni realizzate tra il I e il V secolo d.C. dai popoli indigeni dell'Asia, del Sud America e dell'Africa equatoriale. Si tratta di strutture relativamente semplici, le prime che siano state realizzate con un sistema di cavi in tensione: i ponti sospesi. I primi esemplari di ponti sospesi non erano altro che passerelle sui fiumi o sui fossati tra le montagne, realizzate con semplici corde di fibre naturali intrecciate, con sistemi a corda singola, doppia, oppure tripla (questi ultimi avevano la classica forma a V), alle quali con il tempo vengono aggiunte traverse formate da assi o canne di bambù.

Per quanto fossero resistenti, le corde con il tempo e con l'uso tendevano a rilassarsi. Il problema fu risolto con la loro sostituzione con corde composte da anelli di ferro, inizialmente introdotte per la realizzazione di queste strutture da cinesi e tibetani in un periodo compreso tra I e IV secolo. Rispetto ai primi ponti sospesi a corde naturali, ancorati principalmente su rocce o alberi, per l'ancoraggio di questi nuovi ponti si passò alla costruzione di strutture in muratura costruite appositamente.

Non si sa con certezza se i ponti sospesi europei derivino direttamente da questi modelli cinesi, oppure se si è arrivati a concepire queste strutture autonomamente. Fatto sta che in Europa e nel mondo occidentale in genere la costruzione di ponti sospesi è molto più tardiva e risale al XVIII secolo, anche se progetti di questo tipo furono realizzati anche intorno al 1600, rimanendo però su carta. Le prime costruzioni vere e proprie, infatti, risalgono al secolo successivo. I primi esempi di una certa importanza sono la passerella sull'Oder River realizzata dall'Armata Sassone nel 1734 e il Winch Bridge, costruito in Inghilterra sul fiume Tees nel 1741. Si trattava, però, di strutture flessibili costruite con un impalcato in legno sorretto da catene ad anelli in ferro, che presentavano diversi problemi di resistenza al vento e, in ogni caso, consentivano solo il passaggio pedonale, mentre non erano adatte a reggere il peso delle carrozze.

winch bridge

(Winch Bridge, ricostruzione grafica - da Architetturatessile.polimi.it)

Si poneva, quindi, la necessità di trovare un sistema per ottenere un impalcato rigido. Lo si fece all'inizio del secolo successivo, nel 1801, con la costruzione del ponte sul Jacob's Creek (West Pennsylvania) ad opera del giudice James Finley. Si tratta del primo ponte sospeso in ferro battuto con piano carrabile.

finley's brige

(Finley's Bridge, ponte sul Jacob's Creek - da Si.edu)

Negli anni successivi furono numerose le innovazioni che vennero apportate per la costruzione di ponti sospesi. L'attenzione cominciò a focalizzarsi sullo sviluppo di sistemi di irrigidimento del piano, e quindi nella progettazione e costruzione dei cosiddetti ponti strallati (con i cavi inclinati di sospensione a cui viene direttamente appoggiato un impalcato), con gli stralli posti a ventaglio oppure ad arpa (cioè paralleli tra loro). Per questo sistema costruttivo in realtà i risultati furono piuttosto scarsi, per lo meno all'inizio, poiché molti ponti strallati crollarono a causa del peso eccessivo o di fenomeni meteorologici importanti (forti venti, tempeste ecc). La struttura a stralli, quindi, fu abbandonata per diversi decenni a favore della struttura sospesa, e fu ripresa soltanto all'inizio del Novecento, quando cominciarono ad essere utilizzati più di frequente acciai ad alta resistenza.

Le analisi e gli studi progettuali, quindi, si diressero verso le strutture sospese, le quali cominciarono a diffondersi sempre di più. Fu nella seconda metà dell'Ottocento che vennero realizzati veri e propri capolavori in questo settore, tra i quali il più noto è certamente il Ponte di Brooklyn, progettato da John A. Roebling, la cui costruzione terminò nel 1883.

ponte di Brooklyn

(Ponte di Brooklyn - da Wirednewyork.com)

Parallelamente ai diversi tentativi di realizzazione di ponti sospesi, gli studi sulle tensostrutture cominciarono ad interessare anche il campo dell'architettura, e precisamente quello delle coperture.

Il primo tentativo in questa direzione fu fatto già nel 1825 dall'ingegnere boemo Bederich Schnirch, già costruttore di ponti sospesi, il quale progettò una soluzione per sostituire i classici soffitti in legno con un tetto realizzato con catene in ferro. In realtà i primi esempi di coperture sospese non possono essere propriamente definiti tensostrutture poiché non sono i cavi a generare la superficie di copertura. Si trattava più che altro di "coperture rigide sospese" dove i cavi sostengono dall'alto un solaio composto da elementi di tipo tradizionale. Alla massiccia diffusione delle vere e proprie tensostrutture di copertura si arriva solo nella metà del Novecento, anche se già nel secolo precedente si pongono le basi per il loro sviluppo. È infatti nel 1896 che viene realizzato il primo esempio di tensostruttura di copertura, quello che segna la data d'inizio dell'architettura tensile: quattro padiglioni in acciaio, ideati dall'ingegnere V.G. Shukhov per la All-Russian Exhibition a Nijny-Novgorod, ispirati all'architettura delle tende nomadi. I quattro padiglioni per alcuni anni restarono l'unico esempio di architettura tensile, mentre nei successivi cinquant'anni i progetti in questo settore si rivolsero per lo più alla sperimentazione di strutture legate alle Esposizioni Internazionali. Fu nel secolo successivo, precisamente nel 1952, che si ebbe il vero e proprio inizio dell'alta stagione dell'architettura tensile, con la costruzione della Raleigh Arena, nella Carolina del Nord. Per la prima volta venne introdotto il concetto di "superficie tesa, a doppia curvatura, presollecitata". Una struttura a doppia curvatura che si presenta con la forma di un paraboloide iperbolico.

Raleigh Arena

(Raleigh Arena, North Carolina - En.structurae.info)

Dopo il 1952 l'architettura tensile conobbe un rapido sviluppo non più basato su sperimentazioni empiriche, come era accaduto fino a questo momento, ma attraverso una serie di studi e pubblicazioni relative ai criteri di progettazione. La prima monografia specifica sull'argomento, "Das Hangende Dach", nella quale si illustravano i risultati ottenuti durante quei primi anni di sperimentazione, fu pubblicata nel 1958 da Frei Otto. Non è questa la sede per soffermarsi sugli sviluppi delle tensostrutture dal punto di vista progettuale, per i quali si rimanda alla letteratura scientifica di riferimento. Basti sapere che è dalla metà del Novecento che le tensostrutture di copertura cominciano ad avere un rapido sviluppo e ad essere progettate e realizzate in diverse modalità e con un'attenzione sempre maggiore. Anche per questo particolare tipo di strutture, come per molte altre analizzate in precedenza, è possibile utilizzare come materiale principale il legno.

(nell'immagine principale: una foto d'epoca relativa ad una tensostruttura realizzata da Vladimir Shukhov nel 1896 - da Arkinetblog.files.wordpress.com)

[1] Giacomo Devoto, Gian Carlo Oli,  Devoto-Oli, Vocabolario della lingua italiana, Le Monnier, Milano, 2009

[2] Hans-Joachim Schock, Atlante delle tensostrutture, Utet, 2007

[3] Le informazioni storiche sulle tensostrutture sono tratte da: Lorena Sguerri, Storia e tecnica delle tensostrutture: dai ponti sospesi alle architetture in legno lamellare, Biblioteca di Galileo, Padova, 1995

Autore

Dott.ssa Serena Casu

A cura della Dott.ssa Serena Casu

Appassionata e attenta conoscitrice di tematiche ambientali, modalità costruttive alternative ed eco-compatibili, sistemi di costruzione ecologica e metodi alternativi per la produzione di energia.

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