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∂ 2007 ¥ 10 Inserto ampliato in italiano Traduzioni in italiano 8 della luce naturale ed è ammissibile calcolare nel bilancio energetico l’apporto solare. Il potenziale del sistema di facciata è individuabile se l’apporto solare viene ben stimato, nel caso in cui la membrana esterna viene sostituita da una pellicola di ETFE in combinazione con isolante a nido d’ape (Honeycomb) o vetro capillare. Circa l’80% dell’energia solare incidente sull’area tra le due pelli può essere utilizzata tramite celle solari, collettori sottovuoto e collettori ad aria con scambiatori di calore (immagine 7). Il calore che si raccoglie nell’intercapedine può essere ad esempio convogliato dallo scambiatore termico all’accumulo dell’acqua di utenza. Un rivestimento basso-emissivo della pelle interna e della superficie di assorbimento nell’intercapedine contrastano l’irraggiamento termico nello spazio interno. In teoria, il concetto è applicabile a forme libere come ad esempio strutture a reti funicolari. In questo caso si tratta di un tessuto traslucido tridimensionale con funzione di materiale coibente che ben si adegua alle superfici curve. Il materiale è composto di uno strato di tessuto superiore ed inferiore mantenuti a distanza da uno strato intermedio di fibre a conduzione luminosa la cui densità e numero definisce la possibilità di realizzare una ventilazione dell’intercapedine stessa. Gli involucri tralucidi e termicamente attivi sono vantaggiosi per l’apporto energetico ampiamente utilizzabile, per il peso limitato, per il fatto di essere riciclabili e per i particolari costruttivi. Facciate depressostatiche Un ulteriore sviluppo degli involucri depressostatici è costituito dalle facciate. Gli elementi di facciata tramite il materiale di riempimento sono in grado di portare se stessi e di trasmettere i carichi esterni tramite i punti di connessione alla struttura portante. Dato che gli elementi sono solo parzialmente sottovuoto, si riduce la conducibilità termica. Gli elementi, in relazione al numero e alla dimensione delle superfici di contatto del materiale di riempimento, presentano un diverso grado di conducibilità termica e di evacuazione, ma buone caratteristiche di isolamento termico. Nell’ambito di un lavoro di ricerca presso la ILEK sono stati testati diversi materiali per l’applicazione di riempimento. La ricerca ha focalizzato il tema dei materiali trasparenti e traslucidi concentrandosi in particolare sulla determinazione dei valori di trasmissione della luce. Gli esperimenti dimostrano, come ci si aspettava, che il grado di trasmissione luminosa dipende dal numero degli strati come d’altro canto anche dal grado di trasmissione luminosa del materiale di involucro e di riempimento. Per ottenere un elevato grado di trasparenza è particolarmente importante ridurre la stratificazione limitando il numero di strati di materiale di riempimento in cui vengono utilizzati corpi pieni come sfere e tondini. Ridurre la stratificazione significa anche alleggerire e irrigidire l’elemento edile. Le facciate stabilizzate in depressione possiedono diverse caratteristiche di conducibilità termica, di trasmissione della luce e di statica in relazione al materiale di riempimento e alla costruzione strutturale e offrono una vasta possibilità di soluzioni formali. Studio per la realizzazione di un padiglione per il tè. Le potenzialità formali, la possibilità di soluzioni particolareggiate e i limiti della produzione a livello costruttivo delle facciate depressostabili sono state scandagliate con la costruzione di un prototipo (immagine 18–20), un edificio sperimentale temporaneo realizzato con cannucce in PE disposte in ordine sparso tra pellicole di PE sottovuoto. I punti di fissaggio assicurati ai tubolari di acciaio distribuiscono i carichi su un’ampia superficie di materiale di riempimento tramite elementi a forma di piatto traslucidi in fibra di vetro. In alternativa ai piatti si può pensare anche alla connessione di fibre in grado di distribuire i carichi al terminale delle teste dei fissaggi puntuali. Tramite l’integrazione di condotti di aria nei giunti di facciata, i profili di acciaio cavi della trave reticolare principale diventano sistema di distribuzione. Il risultato è un’ampia riduzione dei necessari particolari costruttivi. Capacità di adattamento Durante il processo produttivo, in seguito all’immissione di materiale di riempimento nel sistema pneumatico, il riempimento può essere disposto in base alle condizioni spaziali o alle caratteristiche della forma di involucro da realizzare. In una fase finale, con l’ausilio di una pompa viene generato uno stato parzialmente sottovuoto nel quale è possibile conferire una forma all’elemento; la depressione è già presente al punto che anche in caso di modifiche alla geometria non si realizza uno slittamento del materiale di riempimento. Quando l’involucro ha raggiunto la forma desiderata, si procede all’evacuazione fino a raggiungere lo stato di stabilità formale. Nel caso del padiglione, gli elementi di facciata sono stati prefabbricati in officina allo stato parzialmente sottovuoto e poi trasportati in cantiere. Dopo aver allestito la facciata sulla struttura in tubolari di acciaio portanti, i pannelli sono stati adattati alla geometria. La capacità di variare la forma in uno stato modellabile ha potuto realizzare soprattutto un’immagine coerente in particolare nei dettagli d’angolo e lungo il perimetro. Il materiale di riempimento se articolato in modo mirato nello stato modellabile può generare profili diversi. Con l’ausilio di casseforme, dime o semplicemente manualmente, si possono generare le più differenti superfici sino a ricreare singoli motivi o immagini in rilievo fino ai logo aziendali. Come logica conseguenza del processo produttivo si determina una potenziale capacità di adattamento dell’involucro dell’edificio. Regolando la pressione interna la facciata si adatta alle sollecitazioni esterne. Il valore di depressione cambia in relazione alle sollecitazioni esterne. Come dimostrano altre ricerche, la disposizione di elementi di riempimento lineari mostra un grande influsso sulla capacità di resistenza a flessione dei pannelli e di conseguenza all’intera struttura. Sistemi portanti depressostatici Il comportamento statico dei sistemi portanti depressostatici si basa sull’interazione tra materiale d’involucro, materiale di riempimento e depressione applicata all’interno. Otto von Guericke ha dimostrato il principio di base nel 1657 con l’esperimento della semisfera di Magdenburgo. Due semisfere vuote che per differenza con la pressione atmosferica si comprimevano vicendevolmente, si sono staccate solo applicando un’elevata forza di trazione. Per il sistema portante depressostatico questo significa che tramite la pressione esterna si determinano sulla struttura del materiale di riempimento forze di contatto del materiale stesso che in combinazione con l’attrito determinano una rigidezza del pannello. Grandezze fondamentali sono la differenza di pressione, la struttura e la dimensione degli elementi di riempimento, il rapporto di attrito. Se i materiali di riempimento sono troppo grandi, come nel caso del pannelli sottovuoto con riempimento in sughero, la quantità delle superfici di contatto e di conseguenza anche la rigidezza delle superfici aumenta. Il comportamento statico può essere notevolmente migliorato introducendo materiale di riempimento fibroso che sovrapponendosi più volte consente di trasmettere i carichi. In
9 Traduzioni in italiano Inserto ampliato in italiano 2007 ¥ 10 ∂ presenza di bassa rigidezza del materiale di riempimento si arriva a deformare gli elementi di riempimento a causa delle pressioni esercitate dall’esterno e quindi ad un incremento della superficie di contatto. Accanto a materiali a base polimerica si indagano materiali come la perlite, la vermiculite, il caffè, il sughero o le fibre naturali. Strutture molto vantaggiose economicamente, leggere e resistenti, si possono realizzare con fibre di paglia. Interazione fra materiale d’involucro e materiale di riempimento Le forze di trazione presenti nel pannello possono essere assorbite tramite l’intreccio che si stabilisce tra elementi del materiale di riempimento e tramite l’involucro esterno. Il peso proprio del materiale ha un ruolo, seppur secondario, dato che deve essere portato dal sistema stesso. Introducendo materiali di riempimento più pesanti, il comportamento statico si può ridurre migliorando la depressione interna. Mettendo sotto vuoto l’elemento, il materiale di riempimento viene schiacciato e subisce sollecitazioni. Selezionando il materiale di riempimento e scegliendo il grado di pressione da applicare, è importante che il materiale d’involucro a causa della elevata concentrazione di tensioni inseguito ad una minima depressione interna non diventi un elemento dimensionalmente rilevante della struttura. I carichi devono essere trasmessi alla struttura primaria o alle fondamenta tramite il materiale di riempimento e non tramite il materiale di involucro. Per l’involucro esterno è indispensabile scegliere un materiale che garantisca elevata resistenza alla trazione. Numerosi studi mostrano che il materiale di riempimento deve essere scelto sulla scorta del materiale di involucro e della geometria strutturale, in modo tale da essere utilizzato in maniera ottimale da entrambe le componenti. Se si riduce in maniera non casuale la pressione interna, si realizza un collaborazione portante tra involucro e riempimento. Potenziale architettonico Gli elementi sottovuoto possiedono accanto alle proprietà statiche strutturali un linguaggio formale architettonico che può trovare applicazione anche al di fuori del settore facciate. La possibilità di riempire dei più diversi materiali gli elementi, non pone alcun limite alla fantasia. Dai materiali più naturali fino alle facciate sottovuoto, in linea di principio tutto è possibile. Di particolare effetto è la combinazione di elementi riempiti ad aria in sovrapressione e involucri stabilizzati in depressione. Il principio ha trovato applicazione anche nello stand dell’esposizione fieristica TechTexil 2007. In questo caso, una pellicola in ETFE è stata tesa sopra pilastri pneumatici stabilizzandola in depressione. Nelle strutture tridimensionali parzialmente vacue, il posizionamento di proiettori consente l’illuminamento dell’involucro durante la notte. Le pieghe della pelle esterna interrompono la luce producendo un inusuale immagine dell’involucro illuminato. Rapido smontaggio e facile riciclaggio Gli elementi risultano semplicemente riciclabili tramite l’estrazione o l’immissione di aria nei pannelli. Il riciclaggio determina la produzione di materiali compositi. La leggerezza e la capacità di adattarsi, la rapidità di montaggio e smontaggio delle strutture vacue interpretano un concetto costruttivo di grande innovazione con vasto potenziale applicativo. 5,6 Station Z, Sachsenhausen 2003–2005, Berlino; progettazione facciata Werner Sobek Ingenieure, Stoccarda Schema della costruzione delle pareti della Station Z 7 Soluzione con isolante termico e con lamelle a riflessione luminosa 8 Sviluppo ulteriore di multistratificazione: struttura a reticolo di cavi con strati attivi a Tessuto in fibre di vetro rivestite di PTFE b Rete c Struttura principale in profili di acciaio d Isolamento termico traslucido e Rete in acciaio inox f Sistema di lamelle con movimento meccanico g Membrana in poliestere rivestita in PVC h Pelle a protezione dalle intemperie i Strato attivo energetico e fisico-costruttivo j Pelle interna 18–20 Padiglione del Tè, Studio ILEK, 2007, Masaaki Iwamolo 18 Pannello prefabbricato 19 Ottimizzazione del particolare di connessione a elemento in fibra di vetro a forma di piatto per la distribuzione dei carichi b Filtro c Condotti ad aria integrati d Pannello di facciata sottovuoto cannucce in PE incluse fra due pellicole trasparenti e Struttura principale in tubolare di acciaio Pagina 1160 Monumento commemorativo per le vittime del terrorismo a Madrid Knut Göppert, Christoph Paech Dal marzo 2007, nel cuore di Madrid in faccia alla stazione di Atocha, un monumento commemora le vittime del terrorismo dell’11 marzo 2004; durante l’attentato sono state uccise 191 persone e ne sono state ferite 1824. Il gruppo di giovani architetti FAM di Madrid ha vinto il concorso indetto con il progetto di un cilindro ipogeo di vetro con ampia sala commemorativa. La torre di vetro si colloca al centro di un’ampia isola spartitraffico della stazione di Atocha, luogo dell’attentato. La luce penetra trapassando l’involucro sino allo spazio blu cobalto della sala commemorativa. Di notte l’effetto si ribalta e le pareti massive di vetro trasformano il volume in un corpo luminoso. All’interno del cilindro di vetro fluttua una struttura pneumatica, una pellicola trasparente in ETFE che in maniera simile ad una copertura pressostatica viene stabilizzata tramite sovrapressione pneumatica nello spazio commemorativo. Struttura dell’involucro di vetro La parte esterna di involucro alta 11 metri consta di una pianta ellittica (8x11 metri) ed è composta di circa 15.600 elementi piani massicci di vetro incollati tra di loro. La curvatura conferisce alle pareti di vetro una considerevole rigidezza definendo una struttura a guscio che rende superfluo l’inserimento di parti metalliche che disturberebbero l’immagine architettonica. Per irrigidire perimetralmente impendendo l’incidenza di carichi orizzontali del vento sulla struttura ovale, la copertura di vetro piana è stata incollata agli elementi piani in vetro sovrapposti di 200x300x70 mm prodotti a compressione. Per garantire che lo strato di collante da applicare fosse regolare, è stata fissata una tolleranza di + 1 mm. Dato che gli elementi edilizi massivi subiscono gravi sollecitazioni superficiali indotte da shock termici (pioggia battente su lastre di vetro portate ad elevate temperature dalle radiazioni solari), gli elementi massivi di vetro del peso di 8,4 kg ognuno sono stati prodotti in vetro ai borosilicati super trasparente. Gli elementi di vetro sono fugati in cantiere con collante a base di acrilato indurito con raggi UV. Il prodotto adesivo monocomponente è stato ottimizzato in collaborazione con il produttore appositamente per questo scopo. Di solito gli acrilati vengono applicati a strati molto sottili di circa 0,3 mm. A causa di un’inevitabile tolleranza sugli elementi di vetro che richiedeva una compensazione, lo strato di acrilato richiesto raggiungeva i 2,5 mm. Diversi test hanno dimostrato la stabilità e la rigidezza dell’incollaggio tramite prove di trazione, compressio-
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