MECCANICA DEI SISTEMI TENSEGRITY : FORMA E STRUTTURA

Abstract

Il lavoro di tesi si sviluppa su cinque capitoli e, in particolare, si propone di costruire una nuova famiglia di celle elementari tensegrity e di studiarne alcuni interessanti casi applicativi. Il tema delle strutture tensegrity è indagato nella duplice prospettiva, caratteristica del dottorato, della meccanica delle strutture e della morfologia strutturale, con particolare attenzione al comportamento meccanico e agli aspetti topologici e geometrici che caratterizzano tali sistemi. I primi capitoli rappresentano un richiamo dello stato dell’arte relativo alle origini, alle definizioni e alle classificazioni delle strutture tensegrity, nonché alla risoluzione del problema cinematico e statico e agli aspetti meccanici legati alla stabilità della configurazione pre-sollecitata e alla super-stabilità di tali sistemi. Nel quinto capitolo sono presentati i risultati dell’analisi dello stato di auto-equilibrio ammissibile del Tensegrity mast realizzato da R. Buckminster Fuller nel 1959. Lo studio mostra che il Tensegrity mast, di cui non si ha una descrizione dettagliata della configurazione geometrica e delle proprietà meccaniche dei materiali utilizzati per la fabbricazione, non rispetta compiutamente la definizione accademicamente riconosciuta di struttura tensegrity. Ciò giustifica lo studio topologico-morfologico, condotto nel quarto capitolo, sulla cella elementare tensegrity che costituisce il paradigma compositivo del mast. Nel quarto capitolo, pertanto, viene presentata una nuova famiglia di celle elementari tensegrity ispirate alla cella elementare del mast di Buckminster Fuller e al modulo V Expander brevettato da R. Motro. All’interno di questa famiglia si individuano 5 celle (denominate Varianti) differenti per geometria e topologia. La prima fra queste costituisce una generalizzazione morfologica della cella ideata da Motro, le altre quattro derivano geometricamente e topologicamente dalla prima e si ottengono mediante l’inserimento o l’eliminazione di alcuni elementi. In particolare, i risultati ottenuti consentono di definire lo stato di auto-equilibrio ammissibile di ciascuna cella al variare dei parametri geometrici che ne definiscono la configurazione geometrica. Le proprietà di simmetria, la facilità di realizzazione della singola cella e di assemblaggio di più celle simili, la possibilità di modificare la configurazione geometrica variando la lunghezza di un solo elemento, nonché la possibilità di modificare lo stato di pre sollecitazione della cella agendo su un numero limitato di elementi, costituiscono alcune delle peculiarità che rendono questa famiglia di celle tensegrity interessanti e promettenti sia dal punto di vista ingegneristico che da quello architettonico. A conclusione del lavoro, vengono presentati i risultati dell’analisi di una versione modificata del mast di Buckminster Fuller e di due casi applicativi realizzati mediante assemblaggio a torre di alcune delle cinque varianti proposte.