Hypar Vault, la Volta Parabolica di tipo Iperbolico costituita da 104 conci modulari in roccia calcarea oolitica | Ingegneri.info

Hypar Vault: la volta strutturale sperimentale “Made in Italy”

Costruire a sola compressione: Hypar Vault è l’esito di un progetto di ricerca applicato, nato e sviluppato in Italia presso il Politecnico di Bari

Hypar Vault - protipo realizzato © Giuseppe Fallacara
Hypar Vault - protipo realizzato © Giuseppe Fallacara
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Hypar Vault, ossia più precisamente Hyperbolic Paraboloid Vault (ossia Volta Parabolica di tipo Iperbolico), è un prototipo frutto del lavoro compiuto dal team di ricerca italiano “New Fundamentals Research Group” del Dipartimento di Scienze dell’Ingegneria Civile e dell’Architettura del Politecnico di Bari. Guidato dal Prof. Arch. Giuseppe Fallacara, la struttura voltata sperimentale è stata realizzata per la società francese S.N.B.R. (Troyes), attiva nel campo delle tecnologie di frontiera per quanto concerne la lavorazione del materiale litoidico.

Hypar Vault - protipo realizzato - montaggio conci © Giuseppe Fallacara

Hypar Vault – protipo realizzato – montaggio conci © Giuseppe Fallacara

Hypar Vault: elementi e operazioni costruttive

Descritta da superfici quadriche rigate, la volta risulta costituita da conci modulari in roccia calcarea oolitica, formatosi in epoca Giurassica media nel piano Bathoniano (ossia compreso tra 167,7 ± 3,5 e 164,7 ± 4,0 milioni di anni fa). Tale materiale naturale presenta caratteristiche meccaniche definite da una densità apparente di 2.100/2.200 kg/m3, una porosità tra il 19 e il 22%, una resistenza a compressione tra 30 e 50 MPa e una a flessione compresa tra 7 e 9 MPa. Di geometria trapezoidale, i conci vengono sagomati mediante l’impiego di un sistema di taglio a filo diamantato, eseguito da un braccio robotico a 5 assi con testa a fresa ed elettromandrino della ABB.

Partendo perciò da un unico blocco, avente geometria tridimensionale parallelepipeda, è stato possibile ottenere agevolmente i diversi conci che, nei 2 tipi seriali, presentavano caratteristiche formali identiche. La trama forata che si origina è data dalla sommatoria di superfici complesse e continue, facenti riferimento all’aggiornamento delle antiche tecniche costruttive di natura stereotomica. Eseguito il taglio a controllo numerico computerizzato CNC e la foratura, i blocchi, nella loro ripetizione seriale, vengono posati in opera al di sopra di una centina intradossale in legno. Le operazioni di posa sono avvenute per filari, dunque partendo dalle basi fino a giungere ai conci di chiave. I giunti dei 104 elementi formanti l’arco, ognuno di essi del peso di circa 30 kg, sono realizzati adottando un letto di calce idraulica, la cui composizione ha determinato dimensioni di massimo ingombro del prototipo pari a 800 x 165 cm.

Hypar Vault - protipo realizzato - post-tensione cavi © Giuseppe Fallacara

Hypar Vault – protipo realizzato – post-tensione cavi © Giuseppe Fallacara

La precompressione e le fondazioni della volta strutturale sperimentale

La struttura voltata, in grado di resistere alla sola compressione semplice, è stata successivamente armata e precompressa mediante la post-tensione di cavi a fili paralleli in acciaio armonico. I cavi utilizzati sono trefoli in acciaio armonico di 8 mm di diametro in guaina, impiegabili anche in strutture in cls precompresso, e sono stati post-tesi con il sistema Freyssinet con 2 T di tensione. Questi sono passanti in corrispondenza dell’arco assiale mediano di ogni singolo concio afferente la volta a botte e, successivamente, messi in tensione nel contempo mediante l’impiego di martinetti idraulici ubicati alle reni della stessa. Ad operazioni concluse, si è proceduto al disarmo rimuovendo la centina lignea.

Per il prototipo sono state realizzate due spalle isolate, e interrate per 40 cm, in calcestruzzo armato Rck 250, armato con barre ad aderenza migliorata aventi diametro pari a 12 mm e staffe di 8 mm. Come precedentemente riportato, le spalle sono conformate in maniera da prevedere l’inserimento dei cavi, così come lo spazio per l’inserimento dell’estrattore di post-tensione. Tuttavia, l’impiego di una platea di fondazione che possa collegare le due spalle di fondazione pare una soluzione necessaria in casi ove si ravveda un rischio di tipo sismico. Tuttavia, il progetto originario, relativo all’installazione temporanea, prevedeva una struttura in acciaio conformata con catena di collegamento orizzontale (ferro piatto) a livello dell’estradosso del pavimento.

Hypar Vault - protipo realizzato - dettaglio volta © Giuseppe Fallacara

Hypar Vault – protipo realizzato – dettaglio volta © Giuseppe Fallacara

Hypar Vault: obiettivi progettuali e i nuovi orizzonti della ricerca applicata

L’ottimizzazione strutturale del materiale, svolto in ambiente digitale con tecniche sottrattive, ha consentito di minimizzare sfridi della materia prima e scarti di lavorazione, ad eccezione della medesima polverulenta derivante dallo spessore del diametro delle perle del filo diamantato. L’intento di questo sistema costruttivo modulare è quello di indagare nuove morfologie, sfruttando i principi autoportanti garantiti dall’impiego dell’analisi geometrica di tipo parametrico-computazionale. I software utilizzati sono stati Rhinoceros e Grasshopper per la modellazione parametrica, mentre Sap 2000 e COMSOL Multiphysics per l’analisi agli elementi finiti e la precompressione.

Dotato di curvatura gaussiana negativa, la volta parabolica di tipo iperbolico Hypar Vault è uno degli ultimi lavori prodotti all’interno del più ampio progetto AHS (Architectural Hypar System) ideato, e diretto, dal Prof. Arch. Giuseppe Fallacara e dal New Fundamentals Research Group. Tra gli altri, la volta a botte a conci intrecciati e interconnessi noto come “Portale Abeille”, posto all’ingresso della X Mostra Internazionale di Architettura di Venezia nella sezione “Città di pietra” diretta da Claudio D’Amato Guerrieri (2006), o il modulo di concio dalla geometria complessa per la realizzazione di volte e/o pareti curve traforate “Alveare” (2010). A queste si sono affiancate la Cupola per la Chiesa SS. Cirillo e Metodio e la rampa di scale “E.L.I.C.A.” (2012), del portale “Hypargate” (2016) e, infine, della parete diaframmata modulare sinusoidale, costituita da conci di paraboloide iperbolico, nota come “Hyparwall” (2016).

Crediti

Progetto architettonico: New Fundamentals Research Group (Giuseppe Fallacara, Marco Stigliano, Maurizio Barberio, Micaela Pignatelli, Micaela Colella, Ubaldo Occhinegro);             
Referente scientifico: Prof. Arch. Giuseppe Fallacara;          
Design computazionale: Maurizio Barberio;
Ingegneria computazionale: Daniele Malomo;         
Stampa 3D: Giuseppe Scaltrito (Apulia Makers 3D);
Disegni: Giuliano Pugliese, Michele Ardito;
Fresatura CNC: S.N.B.R.;
Costruzione: S.N.B.R.;           
Fornitore materiale lapideo: Anstrude Roche Claire;           
Anno di fine lavori: 2017;

Foto: Maurizio Barberio, Giuseppe Scaltrito, Giuliano Pugliese

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