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Tradizione ed Innovazione della forma voltata
L’architettura voltata rappresenta una risorsa culturale fondamentale che contraddistingue gli edifici dell’intera area mediterranea sin dall’antichità, e costituisce l’emblema indentitario dei popoli e delle civiltà che lo hanno abitato nel corso della storia. Le tendenze architettoniche contemporanee sono caratterizzate da una ricerca formale che conduce il progettista verso geometrie innovative, in uno scenario compositivo che è profondamente influenzato dallo sviluppo delle nuove tecnologie e di nuovi performanti materiali. Molti esempi nel panorama architettonico moderno dimostrano come l’interazione efficace tra morfologia architettonica e strutturale dipendi dai criteri di scelta ed impiego del materiale: le esperienze del XX secolo hanno eletto il calcestruzzo armato come protagonista indiscusso, plasmato dal genio di Oscar Niemeyer, Emilio Perez Piñero e Felix Candela, che di fatto inaugurano la stagione architettonica dei gusci e delle superfici di rivoluzione sottili. L’architettura delle volte sembra oggi aver perso il suo legame con il sistema di elementi discreti del concio e dell’apparecchiatura: una sfida importante, nel solco di queste considerazioni, è rappresentata dalla possibilità di riappropriazione di queste forme da parte delle pratiche costruttive lapidee.

Parabolithic: la sfida architettonica e costruttiva
L’edificio, sede dell’azienda francese SNBR (Société Nouvelle Le Bâtiment Régional) sito a Troyes, in Francia, ed ultimato nel 2013 su progetto del Prof. Arch. Giuseppe Fallacara, rispecchia visivamente le attività e l’importanza nel settore lapideo della stessa: a sostenere la grande copertura sono presenti quattro archi in pietra calcarea di Beaulieu, con luce pari a 18 metri ed un’altezza in chiave di 6 metri. Gli archi si impostano su otto piedritti in cemento armato, che li sollevano dal piano di calpestio di circa 1,8 metri, rendendo così fruibile l’area sottostante.
L’idea per il progetto di un portale d’ingresso esterno nasce dalla volontà di guidare il visitatore in questa dimensione litica innovativa. La forma è stata modellata nell’intenzione di voler conferire alla struttura un carattere legato all’identità del luogo: il paraboloide iperbolico può essere inteso come una deformazione topologica del genius loci delle coperture a falda francesi e l’utilizzo della pietra enfatizza questa finalità connettendo innovazione e tradizione.

La sfida architettonica che ha intrapreso il gruppo di ricerca del Dipartimento ICAR del Politecnico di Bari guidato dal Prof. Arch. Giuseppe Fallacara, che da oltre dieci anni indaga in questo campo, consiste quindi nel reinterpretare in pietra una delle superfici rigate più legate all’uso del calcestruzzo armato, l’Hypar, per dimostrare come uno studio approfondito degli aspetti tecnici ed applicativi del materiale litico possa effettivamente promuovere una nuova dimensione dell’architettura voltata in pietra, che può declinarsi anche alle esigenze morfologiche odierne.

La volta iperbolica, in fase di realizzazione, copre uno area di circa 4x11mq ed è sostenuta da due spalle, in carpenteria metallica e pietra, inclinate di 38° che ne slanciano il profilo ribassato di altezza massima pari a 4,30 m all’estradosso. La superficie discreta, il cui bordo misura circa 5 m, è ottenuta mediante la suddivisione secondo una griglia di rette generatrici, lungo la quale si dispongono le armature da precompressione, che “rigano” la volta impostando la suddivisione in conci dello spessore di 16 cm. Questi ultimi sono dotati di cavità all’intradosso che permettono l’inserimento di dispositivi di illuminazione puntuale. La modellazione dei conci è stata effettuata mediante i più avanzati codici parametrici, che oltre a vantaggi di tipo compositivo consentono di interagire in modo immediato con le moderne macchine a controllo numerico per il taglio dei blocchi lapidei dettandone la geometria, nella fattispecie i robot con testa a filo diamantato.

Elaborazioni sviluppate con il Lab. Laurea Morfologia Strutturale I, DICAR Poliba Clicca per ingrandire

La collaborazione con l’azienda SNBR, tra le prime realtà professionali dotate di queste tecnologie, consente sperimentazioni applicative di assoluta avanguardia tecnica e scientifica. Il litotipo utilizzato è la pietra di Semond (Francia), un calcare compatto, che caratterizza molte delle costruzioni presenti nel panorama architettonico limitrofo e che viene spesso impiegato per restaurare ed integrare strutture litiche della zona. La pietra di Semond, insieme alla più nota pietra di Saint Maximin, deve la sua popolarità al largo uso che se ne fece in epoca Haussmaniana per riqualificare numerosi quartieri parigini: rappresenta, quindi, un riferimento visivo immediato alla cultura francese e mediterranea. Gli elementi di bordo della superficie sono realizzati con delle travi di acciaio con sezione a C, che hanno anche la funzione di trasferire alla pietra, sotto forma di compressione uniformemente distribuita, la post-tensione delle barre di acciaio.

Meccanica dell’hypar precompresso: sistema cavo-arco ed effetto delle barre longitudinali

Parabolithic: la sfida meccanica e strutturale
Le sperimentazioni in ambito architettonico e costruttivo presuppongono una profonda integrazione tra forma e struttura. A tal proposito è stato costituito un gruppo di ricerca sul tema, costituito dai Proff. Nicola Luigi Rizzi e Valerio Varano (Università degli Studi di Roma Tre, LaMS) e dall’Ing. Daniele Malomo (Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, DICEA). L’idea alla base della presente “reinterpretazione litica” del paraboloide iperbolico è quella di sostituire il calcestruzzo armato con la pietra precompressa. In questo caso, la pietra è perfettamente in grado di svolgere il compito degli “archi”, mentre alla precompressione è affidato il compito di eliminare le trazioni delle “funi”.

Meccanica dell’hypar precompresso: sistema cavo-arco ed effetto delle barre longitudinali

In una realizzazione in calcestruzzo armato la parte delle funi è assolta dall’armatura di acciaio, mentre quella degli archi è assolta dal calcestruzzo. La geometria utilizzata inoltre presenta un aspetto di notevole importanza dal punto di vista dell’analisi strutturale: il paraboloide iperbolico può essere facilmente descritto analiticamente come superficie parametrica. La descrizione analitica permette di calcolare in maniera diretta alcune grandezze che caratterizzano fortemente il comportamento strutturale, come l’andamento delle forze interne. La determinazione delle sollecitazioni agenti ed il confronto con le resistenze del materiale lapideo offrono in ogni fase le necessarie verifiche. La possibilità di inserire nel software di calcolo funzioni parametriche ha consentito di determinare con precisione la precompressione necessaria ad eliminare le tensioni di trazione residue: tale valore, modellato come una variabile, si attesta intorno agli 80kN/m.

La produzione di alcuni prototipi in scala reale ha consentito di testare l’affidabilità della struttura, che in effetti ha superato brillantemente le prove di carico a rottura. Nello specifico si è costruita una tranche della struttura in scala reale, previa realizzazione in scala ridotta tramite modello in ABS in prototipazione rapida, semplificandone la geometria al fine di testare le sollecitazioni e il comportamento statico della stessa.¹

Individuazione della tranche da sottoporre a verifica

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Applicazioni ed estensioni dello studio
I sistemi costruttivi elaborati per la progettazione del “Parabolithic” ampliano le prospettive di sviluppo per l’architettura di pietra contemporanea, e permettono al materiale lapideo di riappropriarsi dello spazio voltato sperimentando forme innovative. La declinazione di questi dispositivi tecnici può presentarsi in varie forme e caratterizzarsi anche per diverse destinazioni d’uso: il prototipo studiato per testare l’efficacia meccanica della volta iperbolica, di cui rappresenta chiaramente una stringa diagonale, può essere dualmente interpretato come una seduta o una passerella armata. Il principio tecnico risulta il medesimo: in questo caso per adattare alla nuova funzione sono stati predisposti dei supporti laterali in cemento armato (in variante al concept di spalla litica per velocizzare la realizzazione) che tramite le barre filettate post-tese inducono uno stato di precompressione sulla pietra attraverso le piastre di ancoraggio esterne.

Le estensioni dello studio, che possiede una valenza rilevante dal punto di vista sia scientifico che compositivo, sono da ricercare nell’ulteriore ottimizzazione dell’uso materiale in relazione a spessori e lavorazioni, anche in relazione al crescente sviluppo tecnologico del settore industriale lapideo.

di Giuseppe Fallacara, Daniele Malomo

Immagine di sintesi, Tesi di Laurea D. Malomo, relatore prof. Ing. M. Ferrero, correlatore prof. Arch. G. Fallacara, Roma Università La Sapienza, A.A. 2014-2015

Note
¹ La struttura, nella sua organicità è in fase di realizzazione e posa in opera e, sarà conclusa entro dicembre 2015.