2.1 La storia del vetro strutturale
La realizzazione delle prime superfici vetrate importanti risale al periodo gotico quando la necessità di portare la luce all’interno delle enormi cattedrali del tempo impose le nascita dell’”architettura del vetro”. Ai giorni nostri, invece, l’utilizzo del vetro non è più soltanto legato alle esigenze di illuminazione degli ambienti, ma è a tutti gli effetti l’elemento distintivo dell’architettura contemporanea. Nelle realizzazioni più moderne si assiste ad una valorizzazione estrema degli spazi architettonici mediante l’utilizzo estensivo di superfici vetrate che lasciano sempre meno spazio ad elementi metallici fino ad arrivare al tentativo di “smaterializzare” ogni elemento strutturale.
Nel 20° secolo, con l’industrializzazione del vetro float, si assiste per la prima volta ad un utilizzo più estensivo del vetro come materiale di tamponamento inserito in grigliati metallici. Di seguito sono riportate immagini di realizzazioni che ancora oggi destano molta ammirazione:
Figura 2.3- Tettoia lungo un camminamento pedonale a Verdun
Figura 2.4- Progetti di grattacielo a Berlino di Mies van der Rohe e realizzazione di un padiglione con copertura vitrea di Bruno Taut
Figura 2.6- Copertura della piscina di Neckarsulm
Figura 2.7- Mineralbad Cannstatt, Stoccarda
Figura 2.9- Stazione ferroviaria di Spandau- Berlino
Figura 2.11- Louvre- Parigi
Figura 2.13- Copertura di Halle aux Bles a Parigi
2.2 Il “vetro strutturale” nell’architettura moderna
Il termine “vetro strutturale” più in particolare fu coniato per descrivere quei sistemi strutturali in cui il telaio metallico non è visibile dall’esterno (frameless) e i pannelli vitrei sono sorretti puntualmente in corrispondenza dei 4 angoli da appositi morsetti. Tale struttura, dall’esterno viene percepita come uniformemente vitrea, interrotta solo dai giunti di silicone presenti tra i pannelli:
Figura 2.14 Facciata delle serre bioclimatiche della Cité des sciences et de l’industrie, quartiere de La
Villette, Parigi, 1981-86
La realizzazione delle serre nel quartiere “La Villette” a Parigi opera dell’ingegnere Peter Rice e degli architetti Martin Francis e Ian Ritchie costituisce una grande innovazione nel campo delle strutture in vetro, infatti le lastre vitree risultano appese alla struttura portante mediante l’utilizzo di sistemi articolati tipo Rotulle. La scelta di realizzare la struttura non più
elementi di sospensione delle lastre, invece, è stata dettata dalla necessità di conferire maggiore possibilità di movimento relativo tra gli elementi vitrei data la deformabilità dell’opera.
Figura 2.15- Facciata dell’airport Hotel Kempinsky, Monaco 1993
Una opzione alternativa alla facciata appesa in sommità è quella, più recente, della facciata composta da lastre sospese puntualmente e agganciate a cavi sottili nascosti dietro le giunzioni di silicone. L’evoluzione più spinta di questa tipologia è quella che sfrutta i cavi di acciaio sia per sospendere le lastre di vetro, che per contrastare le azioni fuori dal piano. In questa tipologia rientra la facciata vetrata alta 25 metri e lunga 40 dell’Hotel Kempinski presso l’aeroporto di Monaco di Baviera.
La struttura, progettata da Jörg Schlaich, è costituita da una maglia quadrangolare di lati 1.5x1.5 metri composta da cavi di acciaio inossidabile di 22 mm di diametro che sostengono lastre di vetro temperato e stratificato dello spessore di 10mm. Il funzionamento strutturale non si discosta molto da quello di una enorme racchetta da tennis, con tutte le complicazioni però legate sia alla scala dell’intervento, sia alla tipologia del materiale, che impone deformazioni ridotte entro certi limiti.
Il sistema di fissaggio puntuale adottato consiste in morsetti di acciaio inossidabile connessi a loro volta ai cavi. Tale sistema, afferrando le lastre di vetro ai quattro vertici (con interposto uno strato di silicone) consente di evitare l’esecuzione di fori per l’inserimento delle rotulle, e
garantisce al contempo una sufficiente tolleranza nei confronti delle deformazioni fuori dal piano; per contro, le elevate sollecitazioni in corrispondenza degli angoli impongono comunque l’impiego di vetro temperato; l’utilizzo della laminazione poi garantisce un buon isolamento acustico, oltre al vantaggio della ridondanza strutturale.
I morsetti di acciaio hanno dimensioni contenute, e sono costituiti da due piastre unite tra di loro centralmente a mezzo di un connettore che passa nello spessore di silicone tra le lastre di vetro; tali piastre sono poi direttamente connesse ai cavi verticali e a quelli orizzontali con morsetti ad attrito.
I cavi verticali hanno la quasi esclusiva funzione di sostenere il peso delle lastre, e sono solo debolmente pre-sollecitati, per evitare di caricare eccessivamente la struttura del tetto a cui sono collegati.
I cavi orizzontali invece, connessi alle due ali dell’edificio, sono fortemente pretesi (85kN), in modo che assolvano al compito di limitare le deformazioni ortogonali alla superficie vetrata (comunque elevate, per poter sfruttare gli effetti del II ordine); essi sostituiscono la doppia orditura parabolica di cavi introdotta alla Villette e, giacendo in un piano parallelo e molto prossimo a quello delle lastre di vetro, si confondono visivamente con i giunti di silicone, smaterializzando la facciata ai limiti delle possibilità tecnologiche odierne.
Questo tipo di struttura a rete piana di cavi è stato poi riproposto in altre realizzazioni di facciate (Schlaich, Sobek), ma non è adatto alle coperture, in quanto l’acqua si accumulerebbe nelle depressioni causate dalle grandi deformazioni, e la tenuta non sarebbe garantita. Il suo grande vantaggio è di essere un sistema a “lastra indipendente”, ovvero tale che ogni pannello è portato singolarmente, al contrario della facciata sospesa “pura”, come quelle de La Villette e di Ispwich, dove una fila di pannelli è sostenuta da un’unica lastra, la cui eventuale rottura crea grossi problemi di ridistribuzione dei carichi.
Una variante ancora più “spinta” di questa tipologia è quella a “cavo singolo”, dove i soli cavi verticali hanno il duplice ruolo di sostenere il peso delle lastre e, pretesi, di contrastare le azioni ortogonali al piano del vetro. Un esempio notevole è costituito dal Cubo di vetro delle Cantine Ceretto (2002) (fig.2.16), nella campagna piemontese, dotato oltretutto di facciate strapiombanti, essendo l’asse del cubo inclinato rispetto alla verticale.
Figura 2.16- Il cubo Ceretto
Figura 2.20- Copertura della Deutsche Bank di Berlino
Figura 2.21- Copertura del piazzale adiacente alla Banca Popolare di Lodi
Figura 2.23- Cupola sperimentale realizzata dall’istituto di Costruzione dell’Architettura di Stoccarda
2.3 Le nuove frontiere del “vetro strutturale”
L’utilizzo di lastre in coperture o facciate è stata storicamente la prima e principale applicazione del “vetro strutturale”, ad oggi, però, risultano molteplici applicazioni di elementi in vetro sottoposti alle caratteristiche di sollecitazione più varie: pilastri, puntoni, ma anche lastre sottoposte a taglio, trazione o compressione, travi inflesse, etc.. Un esempio particolarmente interessante è la passerella di vetro realizzata da Rob Nijsse a Rotterdam nel 1994, e l’evoluzione di questa costruita nel 1996 ad Arnhem.
sollecitati nei modi più disparati e che quindi richiedono analisi alquanto raffinate per la loro “ingegnerizzazione”.
Solo l’estrema attenzione ai dettagli delle connessioni tra i vari elementi e l’utilizzo delle più moderne tecnologie di laminazione e tempera del vetro hanno permesso di realizzare dapprima scale in retto, poi anche scale elicoidali, in ogni caso tutte di estrema leggerezza e trasparenza, tanto che il maggior problema riscontrato è stato paradossalmente quello di vincere la naturale riluttanza degli utenti a camminare sopra una struttura cosi diafana ed eterea.
Nel seguito sono riportate alcune realizzazioni:
Figura 2.26- Scala in vetro in retto presso i negozi apple di New York
