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Volte catenarie e colonne litiche precompresse a conci osteomorfi. Note sullo stage presso la Generelli SA, Rivera (Svizzera)

Volte catenarie e colonne litiche precompresse a conci osteomorfi

Nel più ampio tema di ricerca sulle strutture lapidee osteomorfe, sviluppate dai proff. G. Fallacara (Politecnico di Bari) e Y. Estrin (Monash University, Melbourne), si inserisce il progetto sperimentale di Volte catenarie e colonne litiche precompresse a conci osteomorfi.

Stone Wave Block, strutture lapidee osteomorfe

L’arco catenario progettato¹ è stato funzionalizzato come arcata aggiunta alla struttura preesistente del ponte Archi di Santa Cesarea Terme (LE) Italy in occasione del workshop “BRIDGE.TRAD” promosso da UPI Puglia, tenutosi nel Maggio 2015 con il fine di dare rilievo ai ponti tradizionali pugliesi, e creare nuovi poli attrattivi e punti panoramici privilegiati così da esaltare la magnificenza del luogo.
Il progetto del ponte del tuffatore è un’ infrastruttura costituita da due arcate catenarie di pietra e da una struttura metallica che collega impalcato superiore ed estradosso di entrambe le volte. Come preannuncia il nome dato al progetto, le volte hanno un passaggio con un trampolino da cui è possibile spiccare il volo per il tuffatore e poter poi risalire grazie alle scalinate.
All’interno della maglia metallica sono inseriti dei collegamenti verticali che coprono tutta l’altezza del ponte, e permettono la percorrenza dal mare fino alla passerella superiore e viceversa. Superiormente è presente un camminamento con un pavimento formato da listelli di legno che si estende sopra gli archi, garantendo la percorribilità del ponte.

Tavole per l’esposizione al Marmomacc 2015 – Stone Academy

Gli esiti di questa ricerca si sono concretizzati nel corso dello stage presso la Generelli SA marmi e graniti Rivera-Bironico, Ticino, Switzerland nel giugno 2015.
Si è infatti realizzato un arco con conci osteomorfi dalla geometria sinusoidale complessa: un arco catenario. L’arco catenario è un arco la cui curva ricorda quella di una lunga catena tenuta dalle due estremità e lasciata pendere, la catenaria appunto, che somiglia ad una parabola. È detto anche arco equilibrato perché la sua forma consente una omogenea redistribuzione del carico; a differenza di altri tipi di archi, non necessita né di contrafforti né di altri elementi di supporto e rinfianco.

Fasi di montaggio dell’arco catenario precompresso a giunti osteomorfi

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Per una maggior gestione e possibilità di generare varianti, la progettazione del manufatto si è servita di mezzi parametrici, in particolare del plug-in di Rhinoceros, Grasshopper. Con questo plug-in si generano dei codici parametrico-variazionali.

Le fasi della parametrizzazione sono state le seguenti:
1. MODELLAZIONE DEL CONCIO
La modellazione dell’unità è stata eseguita mediante tecniche di controllo del giunto per grafici di funzioni matematiche. Variando i valori associati a determinate coordinate spaziali dei punti appartenenti alle curve di giunto, si possono definire le geometrie generali del concio e, di conseguenza, dettare determinate condizioni per l’aggregazione delle unità. In ordine a lato, la sezione di codice utile, il concio tipo con i grafici di controllo e due delle possibili variabili.
2. AGGREGAZIONE DELLE UNITA’
L’aggregazione delle unità è coordinata tramite parametri di controllo legati a spostamenti vettoriali del singolo concio nel piano orizzontale. (aggregazione sul piano orizzontale; particolare del giunto)
3. MORPHING
La modellazione spaziale dell’orditura della volta viene effettuata con un’operazione di morphing, ovvero deformazione topologica dell’aggregazione precedentemente definita sul piano orizzontale, in modo da generare un profilo catenario utilizzando una superficie guida. Un arco che segue una curva catenaria rappresenta uno stato di tensione pura (compressione o trazione) in cui l’elemento strutturale è inserito al di sotto. La parametrizzazione della volta inoltre include anche l’inserimento dei conci in chiave e dei conci d’attacco a terra, sfruttando le condizioni imposte per domini matematici per ordinare le posizioni degli elementi nell’opera stereotomica.

Durante lo stage partendo dalla modellazione tridimensionale sono stati realizzati i singoli conci: in prima battuta un braccio robotico a CN ha tagliato per mezzo di un elettro-mandrino i blocchi rettangolari di marmo( quindi un processo per sottrazione di materiale); i conci sono stati numerati e posizionati a terra, giuntati e assemblati a formare un arco catenario. Prima di ruotare l’arco è stata applicata una trave di legno che vincola a sé i piedritti in modo tale da impedire i movimenti di quest’ultimo. In seguito l’arco è stato ruotato da terra di 90 gradi. Nella parte bassa, sono stati effettuati dei fori direttamente sui conci, al cui interno sono stati inseriti dei fermi in acciaio. Questi ultimi contribuiscono al blocco dei due tiranti posizionati lungo tutto l’estradosso dell’arco allo scopo di mettere in tensione l’intera architettura.

Armatura estradossata dell’arco per post-tensione di precompressione della struttura

Il sistema costruttivo potrebbe anche essere agevolmente usato per coperture a botte con sezione catenaria in una concezione di montaggio prestabilita con mezzi meccanici.

Esemplificazione di montaggio

Durante lo svolgimento dello stage è stata affrontata un’altra tematica di stereotomia osteomorfa in particolare la Colonna Osteomorfa, con la realizzazione di un elemento verticale che, imitando le caratteristiche della colonna vertebrale è rigido ma elastico al tempo stesso. La Colonna Osteomorfa è dunque formata da conci lapidei la cui geometria a curve sinusoidali le garantisce maggiori vantaggi tra cui aumentare la superficie di contatto tra i conci, diminuendo l’attrito. E’ dunque evidente il parallelismo che si genera con il midollo osseo: il cuscinetto di neoprene (cuscinetti di appoggio per i nodi strutturali) così come i dischi di cartilagine; i cavi che dal basso verso l’alto uniscono tutti i conci della colonna, così come il midollo spinale, che percorre e attraversa tutta la colonna vertebrale.

Comportamento “flessibile” della Colonna Osteomorfa

I conci progettati in 3D, sono stati tagliati con il una macchina a controllo numerico. Quest’ultima mediante un elettro-mandrino incide i blocchi di marmo in maniera precisa rispetto al modello 3D di progetto. Ogni concio è stato forato verticalmente; nei fori allineati dei vari conci sono stati inseriti dei cavi in acciaio che mantengono salda la struttura. Inoltre tra un concio e l’altro sono state inserite delle sfere in metallo per permettere l’oscillazione dei conci posti uno sull’altro.
I conci realizzati, sono stati montati l’uno sull’altro verticalmente. La colonna così formata, sottoposta ad una leggera spinta è stata in grado di compiere oscillazioni senza modificare la sua geometria. I possibili utilizzi della colonna osteomorfa possono così spaziare da colonne portanti per gli edifici ad oggetti di design (per esempio lampade piegabili).

Realizzazione della Colonna Osteomorfa

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di Giuseppe Fallacara, Vincenzo Minenna,

Note
* Lab. Laurea Morfologia Strutturale 2.0
https://www.facebook.com/pages/Morfologia-Strutturale-20/432767090236736?sk=timeline

¹ Il progetto è stato diretto dal prof. Arch. Giuseppe Fallacara con la collaborazione del prof. Ing. Marco Ferrero e il tutoraggio dell’arch. Vincenzo Minenna e l’ing. Daniele Malomo. Hanno partecipato alla progettazione gli studenti del Lab. Laurea Morfologia Strutturale 2.0 e gli studenti del corso di Tecnologia dell’Architettura dell’Università Roma La Sapienza.