Tensostrutture, quando la normalità non basta

Le tensostrutture sono opere che si stanno diffondendo rapidamente nel nostro paese e in diversi settori: agricoltura, industria, architettura.
Grazie alla leggerezza e al loro aspetto architettonico moderno, esse sono una valida alternativa alle soluzioni classiche, in quanto, meno impattanti e con forme molto più vicine alle idee architettoniche attuali. Purtroppo l'analisi, il dimensionamento e la verifica di tali strutture non è così agevole; esse richiedono al progettista di "aprire" la propria mente ad un concetto diverso di progetto.

Il concetto perseguito dalla pratica professionale è abbastanza chiaro. L'iter è sempre il medesimo:

1. Progetto architettonico;
2. Progetto strutturale;
3. Progetto impiantistico.

Purtroppo tale filosofia è diventata un'abitudine e i progetti (almeno sulla carta) risultano non connessi tra loro: il progetto architettonico, di fatto, redatto per prima, fa da "comando" rispetto agli altri. In questo contesto, il progetto strutturale ò solamente uno strumento "schiavo" dell'architettura in cui le posizioni dei pilastri, dei setti, dei muri sono già impostate e (quasi) non modificabili. Tale iter procedurale non può essere ritrovato nel campo delle tensostrutture; esse sono redatte in un unico progetto, architettonico e strutturale fusi insieme. Il progetto di una tensostruttura si articola, sostanzialmente, in questi fasi:

1. Concept architettonico;
2. Progetto strutturale preliminare;
3. Progetto strutturale definitivo.

Si nota subito come l'iter di progettazione di una tensostruttura sia fondamentalmente diverso rispetto al processo per fasi "stagne" del progetto classico. In primis, chi ha il compito di redigere l'aspetto della struttura, elabora un concept, ovvero un'idea dell'architettura della nuova costruzione o della copertura. Tale fase coincide con "l'idea" dell'aspetto nel processo classico: forma planimetrica e altimetrica, altezze, comfort ambientale e acustico ecc. Ma tale elaborato non può ancora definirsi completo, in quanto, esso (come ben sappiamo) deve essere "attuabile" ai fini statici. In effetti, nel progetto delle tensostrutture, esiste una condizione di partenza che viene spesso indicata con stato zero oppure form-finding. Essa indica proprio la fase del progetto strutturale preliminare ovvero dell'equilibrio iniziale della struttura tensionata.

Le tensostrutture, infatti, sono formate da funi e membrane che hanno la particolarità di resistere solamente a trazione e di possedere una sufficiente "rigidezza" solo se sono sottoposte a tensioni iniziali chiamate, in gergo, "pretensioni". Il concetto è quello di un filo su cui cammina un funambolo: la capacità portante del filo è assicurata solamente dalla tensione iniziale con cui è stato collegato! Ebbene, ottenuto il concept della struttura, si passa alla definizione del form-finding, ovvero un processo ingegneristico con il quale si cerca, apportando modifiche alla geometria e alla pretensione, di avvicinarsi alla forma desiderata. Ovviamente, tale processo risulta alquanto delicato se non altro per la mole di dati da gestire: modello della copertura, elementi utilizzati, nodi di controllo, pretensioni ad ogni singolo elemento ecc.

È evidente come il processo di ricerca iniziale, risulti, comunque, funzione anche dell'analisi strutturale vera e propria. Infatti, se da un lato la forma della struttura viene ricavata attraverso lo stato zero, dall'altra, la stessa forma iniziale deve resistere ai carichi di esercizio prestabiliti per quel particolare luogo. Il processo conclusivo, quindi, è una sorta di combinazione di concetti e analisi di tipo architettonico e di tipo strutturale. Nella maggior parte dei casi, i processi di analisi sono condotti attraverso l'utilizzo di metodi numerici non convenzionali. Infatti, la particolare configurazione della fune, obbliga il progettista ad effettuare analisi di tipo non lineare in regime di grandi spostamenti, molto diverse dalle "classiche" analisi che si impiegano per le strutture ordinarie.

In effetti, l'impiego di procedure non lineari accresce la percentuale di errori, in quanto le soluzioni non sono ottenute "direttamente" (basti pensare all'analisi elastica lineare in cui la soluzione viene ricavata direttamente attraverso prodotto tra la matrice di rigidezza inversa e il sistema di forze esterno) ma sono ricavate attraverso una successione di analisi impiegando tecniche numeriche sofisticate come ad esempio il dynamic relaxation method. Ovviamente, le difficoltà di replicare "quasi perfettamente" l'analisi e l'effetto della precisione del metodo stesso, rendono il processo di calcolo particolarmente oneroso sia da un punto di vista meramente progettuale, sia da un punto di vista computazionale. Si rende quindi necessario l'utilizzo di codici di calcolo particolari e dedicati in modo tale da soddisfare in modo corretto quanto richiesto dalla normativa di cui al D.M. 14/01/2008.

Per questo motivo, chi si accinge ad effettuare progettazione di tensostrutture, oppure, chi ha la necessità di conoscere il campo di queste particolari strutture, ad esempio, per motivi di lavoro (collaudo), deve possedere un background formativo in grado di apprendere in modo corretto le basi su cui si fonda l'intero processo progettuale.