CAPITOLO 1 – COPERTURE LEGGERE PER GLI IMPIANTI SPORTIVI 1.1 Lo sport, la società e il sistema-impianto
Il termine sport ha una lunga storia, traendo origine addirittura dal termine latino “deportare” che tra i suoi significati aveva anche quello di “uscire fuori porta”, cioè, uscire al di fuori delle mura cittadine per dedicarsi ad attività sportive. Al di là del significato etimologico della parola, lo sport assume diverse sfaccettature, ognuna con la sua importanza e con la giusta collocazione nella vita di un uomo. E’ nell’istinto al gioco di ogni bambino, nel desiderio di potenziare il proprio corpo e nella competizione agonistica, la ricerca di una gloria che, seppur effimera, lasci un’impronta indelebile. Lo sport è una passione che alberga non solo in chi la pratica, ma anche in chi, vivendolo da semplice spettatore, trova in esso la via per evadere da una realtà che non sempre lo soddisfa.
In quasi tutte le società del mondo contemporaneo, la diffusione della pratica sportiva è il segno evidente dell'importanza che lo sport ha assunto in tali realtà da un punto di vista sociale, economico e politico. Lo sport è parte integrante della cultura di una società e si sviluppa in simbiosi con i cambiamenti che la contraddistinguono. Nel corso degli anni l'attività sportiva ha subito una profonda trasformazione, evolvendosi dallo stadio di fenomeno elitario e marginale, essenzialmente finalizzato all'agonismo, fino a diventare una pratica assai diffusa, con importanti ripercussioni in molti settori. Non vi è settore delle attività produttive che non sia interessato alla pratica sportiva: industria, commercio, trasporti, telecomunicazioni, editoria, per citare i settori più importanti, hanno una quota rilevante delle loro attività dedicate allo sport.
Da sempre portatore di valori quali la lealtà, lo spirito di squadra e la cooperazione, lo sport riveste ancora una specifica funzione nell'organizzazione sociale, implicando aspetti fondamentali come l'educazione e la formazione dei giovani, la qualità della vita, la salute pubblica, aspetti ludico-ricreativi del tempo libero, ecc.; esso costituisce un mondo in continua evoluzione che si sviluppa e si specializza, coinvolgendo un numero assolutamente rilevante di persone, capace di movimentare significative quantità di risorse.
Lo sport, inteso sia come attività fisica che come mezzo di socializzazione, non ha subito grossi cambiamenti rispetto al passato; semmai un mutamento è avvenuto al suo esterno, ed in particolare nel pubblico, nel suo modo di porsi di fronte allo sport e nella
spettacolo e dell’agonismo sportivo. Altro aspetto da considerare, è la valenza sociale dello sport che impone di concepire l’impianto come sistema e lo sport come pratica e servizio sociale.
Ogni impianto sportivo, in relazione alle sue dimensioni, dovrebbe esplicare al meglio le proprie caratteristiche prestazionali, poiché stadi, complessi sportivi e piste sono le moderne arene dei nostri tempi, i luoghi dove si tengono le competizioni, sono battuti i records, celebrate le vittorie, oppure, dove semplicemente si trascorre il tempo libero.
1.2 Le tensostrutture: filosofia di un’architettura leggera
Architettura e leggerezza sono termini che, in sintesi, meglio esprimono il concetto tecnologico insito nell’applicazione delle coperture tensili. Le qualità intrinseche dei materiali innovativi quali colore, trasparenza, resistenza, peso, durabilità, reversibilità, hanno consentito l’affermazione di una “architettura della leggerezza” che, sempre più spesso, diventa un’esigenza costruttiva finalizzata a “non appesantire permanentemente” le condizioni ambientali preesistenti. La filosofia leggera, di intervenire sull’ambiente in modo reversibile, consente di inserirvi con facilità oggetti o sistemi di oggetti e altrettanto facilmente farli scomparire una volta divenuta superflua la loro presenza.
Le tensostrutture a membrana offrono un concreto contributo tecnologico alla progettazione di strutture reversibili, con l’ulteriore caratteristica fondamentale di elevata adattabilità funzionale e formale. Il tessile in architettura ha la capacità di coprire ampi spazi con coperture di tipo reversibile e provvisorio così come volumi complessi con coperture di alto prestigio architettonico e permanenti. I maggiori pregi di questo tipo di strutture sono:
• leggerezza strutturale e architettonica;
• luminosità;
• tempi e costi di realizzazione contenuti ed ottimizzati;
• possibilità di coprire luci comunque grandi;
• corretto inserimento ambientale;
• interventi di tipo reversibile;
Quest’ultimo requisito è certamente quello più significativo; esse consentono, infatti, di coprire una notevole quantità di spazi dedicati ad usi differenti, fra cui:
• spazi espositivi;
• aree spettacolo;
• congressi e convegni;
• impianti sportivi;
• impianti industriali;
ed i mille altri possibili impieghi che la flessibilità dell'architettura tessile consente.
1.3 Esempi notevoli di impianti sportivi ricoperti da tensostrutture
La libera espressività del progettista, unita a tutti i pregi prima descritti, ha fatto ben presto intravedere la possibilità di una grande affermazione delle tensostrutture in campo architettonico. Tuttavia, tale diffusione è stata per molto tempo frenata da due ostacoli assai ardui da superare. Di questi, il primo riguardava la disponibilità di materiali sufficientemente resistenti e rigidi per poter sostenere in sicurezza e senza deformazioni eccessive gli sforzi che nelle moderne costruzioni di grande luce si originano nelle membrane e in tutti gli altri componenti delle strutture tensili. Il secondo ostacolo, estremamente più complicato rispetto al primo per le notevoli ripercussioni sulla sicurezza e sulla fattibilità delle opere, riguarda invece il problema della ricerca della forma ottimale delle strutture a membrana.
Riguardo al primo ostacolo, solo negli ultimi decenni, grazie alla proposizione delle fibre di poliestere e delle più resistenti fibre di vetro, è risultato possibile costruire economicamente dei tessuti con particolari disposizioni di trama ed ordito, capaci di fornire adeguati valori della resistenza e della rigidezza estensionale, e sufficienti finalmente per la realizzazione delle membrane strutturali. Naturalmente, tali tessuti vanno protetti sia dagli agenti atmosferici sia dall’invecchiamento, per questo le membrane nella forma in cui le conosciamo oggi hanno dovuto attendere non solo lo studio di opportuni materiali di rivestimento, quali ad esempio il polivinilcloruro (PVC) ed il politetrafluoroetilene (PTFE o, più semplicemente, Teflon) ma anche la proposizione di tecnologie idonee a renderne economica la produzione dell’intera membrana rivestita e protetta su scala industriale.
stato di sforzo in essa coesistente. Questo è indotto in essa sollecitandola preventivamente ed opportunamente prima dell’avvento dei carichi (neve e vento). Lo scopo del pretensionamento è appunto quello di indurre nella membrana uno stato di tensione iniziale che combinandosi con quello prodotto dai carichi accidentali (neve e vento) fa sì che nella membrana non si abbiano mai zone allentate, e quindi non funzionanti dal punto di vista strutturale. Nel contempo, occorre verificare che nelle zone maggiormente sollecitate, lo stato di sforzo combinato non induca accumuli di tensione che possano risultare eccessivi rispetto alle caratteristiche resistenti dei materiali impiegati.
La soluzione di questo complesso problema, dovuta a Linkwitz e Sheck, scaturisce da un’osservazione tanto semplice quanto geniale del sistema delle equazioni che governano l’equilibrio delle membrane. Il metodo da loro ideato per risolvere il problema della ricerca della configurazione iniziale della membrana corrispondente ad un assegnato stato di sforzo iniziale, è noto in letteratura come “metodo della densità di sforzo”.
La prima applicazione di tale metodo, che sarà illustrato in dettaglio nel capitolo 4, riguarda la “determinazione” della forma della copertura dello Stadio Olimpico di Monaco (Giochi Olimpici di Monaco72), a supporto del progetto di Frei Otto, Behnisch & Partner, e Leonhardt & Andra, struttura realizzata nel periodo compreso fra gli anni 1968-1972. Riguardo a tale opera, la formulazione di un modello numerico per la ricerca della forma della membrana fu affidato a Klaus Linkwitz e Hans-Dieter Preuss de l’”Institut fur Anwendungen der Geodasie im Bauwesen”, Università di Stoccarda, mentre la formulazione di un modello numerico per l’analisi strutturale della membrana fu affidata a John H. Argyris e Theo Angelopoulos (V. Argyris J.H. e Scharpf D.W. 1972) de l’“Institut fur Statik und Dynamik der Luft (e Raumfahrtkonstruktionen)”, Università di Stoccarda.
Figura 1: Vista generale della copertura dello Stadio Olimpico di Monaco.
La Figura 1 mostra una vista generale della copertura in cui oltre alle torri di sospensione puntuale (puntoni e relativi tiranti) risultano ben visibili le funi di bordo utilizzate per introdurre la presollecitazione nella membrana, in particolare, la fune principale, posta sopra il campo sportivo e da qui ben visibile, che interagisce con l’intera opera. Dalla successiva Figura 2, oltre alla composizione della membrana, si possono rilevare maggiori dettagli sugli altri componenti (puntoni, selle, tiranti, composizione delle funi, rimandi, ancoraggi, ecc.) che completano la tensostruttura.
Fra le tensostrutture realizzate da Frei Otto, il progetto più sofisticato è senza dubbio il German Pavillion, ideato in collaborazione con Gutbrod e Linkwitz per l’ Expo67 a Montreal, che possiede una forma totalmente libera e spontanea.
Figura 3: Vista del German Pavillion all’Expo67 di Montreal.
All’interno, la copertura principale è costituita da una membrana pneumatica a pianta ellittica, progettata per dare l’impressione di “galleggiare” sull’intera area. Questa è la struttura che, più di ogni altra, ha catturato l’attenzione e l’immaginazione sia del mondo professionale dell’architettura che della gente comune, conducendo le coperture tessili alla popolarità di cui godono oggi.
Tale struttura è molto simile alla copertura a “membrana conoidale” ideata da Hermann Tilke per le tribune del circuito automobilistico di Formula Uno di Shanghai, riportata nella Figura 4. In questo caso, ciascun elemento dell’intera struttura si configura in pianta come la giustapposizione di due circonferenze, una interna all’altra, di diverso diametro ed eccentriche fra loro, poste a quote differenti dell’elevato, che sostengono la membrana che va a coprire gli spalti. Le 56 gigantesche “foglie di loto”, alle quali Tilke si è ispirato nella progettazione, si estendono per gran parte dei 5300m della lunghezza del circuito, riuscendo a coprire senza soluzione di continuità la totalità delle tribune.
Figura 4: Scorcio della copertura ideata da Hermann Tilke per il circuito di Shangai.
1.4 Obiettivi dello studio
Considerata la molteplice valenza assunta attualmente dagli spazi sportivi ed evidenziata l’importanza architettonica che in ogni progetto assume l’elemento “copertura”, si è scelto di incentrare l’argomento di studio sulla versatilità, la leggerezza e l’immancabile effetto scenico che una tensostruttura a membrana può conferire nella distribuzione degli spazi adibiti a tribuna.
L’analisi prende in esame un tipo particolare di tensostruttura (V. Figura 5 ), ovvero, una “membrana ibrida”, costituita da un materiale tessile resistente, opportunamente rivestito e protetto, rinforzato al suo interno da una distribuzione discreta di funi metalliche radiali. Per la sua peculiare geometria, di tipo conoidale aperto verso l’alto, tale elemento, unito ad altri elementi simili secondo disposizioni particolari, ben si presta a coprire liberamente ed armoniosamente grandi spazi quali quelli rappresentati da spalti e tribune.
Nel presente studio si propone un esempio pratico di distribuzione sia dei singoli elementi di copertura che dei necessari spazi interni ad un impianto sportivo che comprende quattro campi da tennis ravvicinati in pianta, ma non adiacenti.
Dopo una descrizione dettagliata della geometria e dei materiali di cui è costituito l’elemento tensostrutturale di base, segue quella della composizione architettonica dell’intero impianto. Successivamente, si illustra il modo in cui ne è stata determinata la
verifiche statiche per i carichi accidentali da vento e neve e le loro combinazioni. Lo studio si conclude infine col progetto di montaggio dell’elemento più alto dell’intera copertura.
