Chi non è esperto di tensostrutture, nel progettare una copertura, ragiona in pianta, posizionando i pilastri nei punti desiderati e ipotizzando che la membrana di copertura colleghi gli elementi strutturali con linee rette. Si è molto delusi, successivamente, nello scoprire come questa cosa non sia realizzabile nella realtà e come, mantenendo i pilastri nella posizione iniziale, la copertura risulti molto più piccola di quello che ci si aspettava.

Se la progettazione è andata avanti su queste basi, magari attraverso il deposito di un’autorizzazione per costruire o addirittura con il getto delle fondazioni, spesso è troppo tardi per modificare le cose e il risultato finale non sarà quello che era stato immaginato.

Per questa ragione, in quest’articolo vogliamo mettere a disposizione di ingegneri e architetti alcuni principi base, semplici ma efficaci che permetteranno di stendere un progetto preliminare costruibile e veritiero, senza mettere poi in difficoltà chi dovrà costruire l’opera (per esempio Maco Technology) e non avere delusioni da parte della committenza.

Il principio cardine delle tensostrutture è spiegato in modo più approfondito a questa pagina ed è il punto di partenza per capire cosa accade nei cavi di bordo di ogni tensostruttura.

Dato per assodato che un cavo teso tra due punti, non può descrivere una linea retta a meno di essere tensionato “infinitamente”, è necessario accettare la presenza di una spanciatura che nelle tensostrutture non solo è fisiologica ma anche funzionale. Nelle tensostrutture infatti, il cavo perimetrale non ha solo la funzione di rinforzo ma ha il compito fondamentale di tensionare in modo omogeneo la membrana stessa.

Non si può pensare, infatti, che una piccola tensostruttura sia correttamente tensionata semplicemente introducendo la pretensione nei vertici si aggancio. Così facendo, avremmo sforzi puntali che portano ad avere un tessuto molto teso nella direzione in cui agisce la forza ma  molto poco teso nella sua direzione perpendicolare ad essa.

Nelle tensostrutture, invece, la tensione è introdotta proprio dal cavo di bordo. Ma come avviene questa tensione?

Al momento del montaggio, i vertici della tensostruttura vengono allontanati tra di loro al fine di mettere in tensionare la membrana. I cavi di bordo, se non fossero imbustati all’interno della membrana, vorrebbero distendersi, tra un vertice e l’altro percorrendo la strada più breve: una linea retta (in giallo nei disegni).

Se però il telo e la tasca che contiene il cavo sono sagomati, con una spanciatura che in percentuale può variare tra il 10 o anche il 20 %, il cavo, al momento della sua messa in tensione, tenderà ad allargare il telo, trasferendo così la sua trazione assiale (nel cavo) in una trazione assiale nel piano della membrana stessa.

Il paragone con una film saponoso o con una membrana molto elastica, aiuta sempre a visualizzare cosa accade man mano che la tensostruttura viene messa in tensione. Ipotizziamo di avere una membrana elastica a forma di hypar con 4 punti, 2 alti e due bassi e ipotizziamo una spanciatura tra i punti del 10%. Al momento dell’istallazione avremo la membrana non tensionata e il cavo di bordo anch’esso senza tensione. Allontanando i vertici, man mano che la struttura andrà in posizione noteremo che i cavi tenderanno a disegnare delle rette tra i vertici, allargando la membrana elastica e tendendola anche nella sua parte centrale, lontana di vertici. Risulta quindi chiaro che una membrana con spanciature perimentrali molto marcate, sarà facilmente tensionabile in quanto i cavi di bordo, saranno molto curvi e quindi facilmente si potrà introdurre una tensione ulteriore, con l’obbiettivo di “raddrizzare” questa curvatura e conseguente tensionamento del telo.

Se invece si parte da una membrana con i lati molto poco spanciati o addirittura diritti, l’azione dei cavi sarà del tutto nulla e il risultato sarà di avere dei cavi perimetrali molto tesi e una membrana grinzosa. Un ulteriore allontanamento dei vertici, non porterebbe ad alcuna tensione della membrana in quanto tutte le forze sarebbero assorbite dai cavi.

Infine, va tenuto in considerazione il sistema di tiraggio della membrana. Negli esempi mostrati di seguito abbiamo sia un aggancio a parete con tenditore, che un pilastro strallato, il cui tensionamento viene dato dall’allontanamento dello stesso utilizzando tenditori installati sugli stralli. I pilastri stallati sono spiegati in particolare qui.

Le immagini qui sopra mostrano l’ingombro di questi due sistemi di tensionamento: nel caso di pilastri strallati, va tenuta in considerazione solo la piastra angolare. Quando invece l’aggancio è a muro, c’è anche l’ingombro del tenditore. Il calcolo della copertura del telo deve essere fatta a partire dai vertici in cui si congiungono linee teoriche dove arrivano i cavi perimetrali . In questo caso, per non “perdere” area coperta, è stato modellato il telo come se arrivasse al vertice di aggancio (del palo o del muro) e lo spazio della piastra e del tenditore è stato ricavato all’interno del telo stesso, rifilandone il vertice terminale. In questo modo si massimizza l’area coperta. All’opposto nella fotografia qui di seguito, i cavi arrivano a congiungersi al centro della piastra, mentre il tenditore è all’esterno, con una perdita di area coperta di circa 50 cm.

 

Se siete curiosi di vedere il risultato di questo studio di tensione dei cavi per ottimizzare la tensione nel tessuto, eccolo qui! Non male eh?

Ricapitolando:

1. Le tensostrutture devono avere il bordi perimetrali curvi in quanto la tensione della membrana nella sua area centrale è data proprio dalla volontà dei cavi perimetrali di raddrizzarsi tra i punti di aggancio e quindi, indirettamente, tensionano il telo.
2. Tanto più grande è la spanciatura, meglio lavorerà la tensostruttura, e più facile sarà montarla in quanto sarà necessaria meno forza.
3. Il 10% di spanciatura è un buon punto di partenza per strutture di piccola e media dimensione.
4. La spanciatura può anche essere ridotta anche fino al 5% ma le tensioni nel cavo e negli ancoraggi crescono di parecchio e queste forze vanno tenute in considerazione. E’ necessario anche avere strumenti idonei per introdurre la corretta tensione nei cavi (martinetti idraulici). Se quindi l’obbiettivo è montare una struttura in autonomia o stagionalmente, non è la strada corretta da percorrere.
5. L’area coperta effettiva della tensostruttura deve tenere in considerazione non solo la spanciatura dei cavi ma anche il sistema di tensionamento. Se è presente un tenditore, perderemo circa 50 cm, se il tensionamento è dato dal pilastro strallato, la piastra probabilmente “ruba” circa 30 cm. Con la progettazione spiegata negli schemi, invece, questo arretramento del telo non avviene, ma si deve accettare di avere piastre i larghezza maggiore. In alternativa, come mostrato in foto, si possono fare piastre molto piccole ma il tenditore esterno farà perdere in superficie coperta.