Focus: VETRO

L'engineering delle coperture a grande luce

Modulo: Le coperture trasparenti a grande luce sono da sempre tema di grosso impegno nell’engineering. Quali le potenzialità e le tendenze attuali?
Odine Manfroni: Un grande impulso alle potenzialità delle coperture a grande luce è dato dalla ricerca sui nuovi materiali, dalla produzione di acciai ad alta resistenza e dai processi automatizzati di formazione e di taglio di lamiere e profilati, che permettono alla fantasia dei progettisti di non avere quasi più limiti, aumentando le pareti vetrate e scegliendo forme inconsuete. E’ facile prevedere, nei prossimi anni, anche l’utilizzo massiccio di materiali compositi (FRP), come le fibre di carbonio o di vetro, oggi impiegati solo in maniera marginale ed ancora appannaggio di ambiti meccanici ed aeronautici. In edilizia l’uso è riservato ad ambiti specifici (restauro, antisismica, ecc). L’impiego di materiali innovativi nasce sempre con l’esigenza di superare problemi ingegneristici nei quali, se non si possono modificare gli schemi statici, si cerca per lo meno di modificare il materiale che li costituisce.
La dimensione delle coperture a grande luce le rende costruzioni estremamente sensibili, portando ad un’estremizzazione dello sfruttamento del comportamento meccanico e delle risorse dei materiali: se si trova una soluzione idonea per una struttura snella di grandi dimensioni, sarà elementare dedurre tutte le altre soluzioni possibili di dimensioni minori in quanto esse contengono tutte le condizioni per affrontare gli altri progetti.
Gli schemi statici solitamente impiegati nell’ingegneria seguono l’evoluzione della tecnologia e lo sviluppo della conoscenza sui nuovi materiali. Lo stesso concetto di arco, come noto, ha subito storicamente un’evoluzione significativa tale da modificarsi in funzione delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali impiegati, passando dall’arco relativamente tozzo con la concavità rivolta verso il basso e costituito da elementi lapidei molto resistenti a compressione e per nulla a trazione all’arco di funi degli attuali ponti sospesi, dove l’acciaio, grazie alla sua straordinaria resistenza a trazione, consente con spessori risotti di sopportare sforzi elevatissimi garantendo una configurazione stabile ad arco con curvatura rivolta verso l’alto. La sostituzione del materiale ha portato sostanzialmente ad un capovolgimento della forma.
Infine soluzioni bi o tridimensionali, più coerenti alla morfologia del mondo naturale ed oggi facilmente studiabili e replicabili grazie alle attuali conoscenze scientifiche e alle moderne tecniche di analisi e di produzione, consentono un ottimo sfruttamento delle risorse dei materiali grazie alla loro intrinseca capacità di sostenere i carichi prevalentemente “per forma”, vale a dire mediante regimi di sforzo di tipo membranale.
Una nota particolare va fatta per l’arco a tre cerniere: la pratica di cantiere aveva suggerito che fosse preferibile costruire a terra i due conci di un arco con le tre cerniere allineate e poi, solo in fase di varo, si sarebbe potuto alzare l’intera costruzione fino alla sua posizione finale mediante il sollevamento della cerniera centrale, consentendo ad una delle due estremità a terra di poter scorrere longitudinalmente fino alla sua posizione finale. Questa tecnica, ampliamente usata e collaudata durante tutto l’ottocento per culminare con la costruzione delle grande stazioni ferroviarie in tutta Europa, ha poi stimolato gli ingegneri a verificarne il comportamento statico arrivando a dimostrare che esso rappresenta una chiara situazione in cui le azioni e gli sforzi sono facilmente individuabili e quantificabili.
Le strutture isostatiche sono facili da calcolare, a differenza di quelle iperstatiche; una delle differenze principali tra questi schemi è quello legato al tipo di materiale che si intende utilizzare. Ad esempio per strutture in vetro, e quindi fragili, è opportuno l’impiego di uno schema isostatico, mentre se si adopera un materiale duttile si può usare una struttura iperstatica. Faccio l’esempio di una trave incastrata di vetro temprato e una di acciaio. Dove venga raggiunta la massima resistenza nella struttura di vetro essa scoppierà in maniera repentina, mentre quella in acciaio avrà ancora una risorsa plastica, di duttilità, e si deformerà in maniera che le fibre vicine a quelle che non sono più in grado di sopportare una determinata sollecitazione diano ancora un contributo alla resistenza globale della trave. Per una struttura fragile come quella costituita da vetro questo è inammissibile. Una struttura duttile permette alle persone di mettersi in sicurezza in quanto lascia il tempo di percepire il pericolo imminente; una fragile no. Lo schema statico è quindi strettamente legato anche alla scelta dei materiali.  

Testimonianza raccolta da Giuseppe Biondo
Pubblicato su Modulo 381/2013