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Tessili tecnici | Costruzioni leggere

Alessandra Zanelli

[email protected]

27 settembre 2011

Dipartimento di Scienza e Tecnologie dell’ambiente costruito – BEST

CLUStex Cluster multidiscipilinare di ricerca sui TESSILI INNOVATIVI

Tessili tecnici

Cluster TESSILI INNOVATIVI - Arch. Alessandra Zanelli

materiali innovativi avanzati

materiali ceramici, metallici e polimerici

progettati su misura e funzionalizzati

mediante modifiche della loro struttura fisica

e chimica

tessili per usi tecnici

TUT- “materiali tessili che rispondono ad

alte esigenze tecnico-qualitative che

conferiscono loro l’attitudine ad adattarsi a

una funzione tecnica”

(Istitute Franςais du Textile, 1989)

membrane e scocche

Tessili tecnici impiegabili per la

realizzazione di membrane e scocche per

l’architettura, improntate a criteri di e

leggerezza ed efficienza (forme tensili)

Il campo di indagine

Il campo di indagine

Tessuti e tessuti rivestiti

Film non tessuti

Gerriets & Form TL, 2009

Behnisch und P., 2009


Famiglie di materiali


Film non tessuti


Tessuti rivestiti

(waterproof)

Tessuti con laccature

(low-e - TiO2)

Tessuti traspiranti

(tenara)

Tessuti a trama rada

(sun shading)

Tessuti di rinforzo

(2D, 3D)



Film non tessuti

Clear ETFE

Printed ETFE


STUOIE di carbonio, canapa,

kenaf, poliestere

Compositi con fibre corte

(vetroresina)

Tessuti multiassiali

(3D, 4D)

Naylon, mylar….

Fibre corte


Ingrandimento al microscopio

elettronico di una stuoia geotessile.

(Archivio UCO Geosynthetics).

Tessuto Outlast stratificato. Primo

layer in acrilico con serigrafia in

capsule di materiale a transizione di

fase; secondo layer in poliestere,

Outlast Europe Gmbh.

Tessuto 3D tex, Maser GmbH &

Co. Le fibre sono composte da

poliestere (92%), Lycra (3%),

Poliammide (5%); la resina è di

Polivinil acetato. Il tessuto è

impiegato in campo ingegneristico,

nel design e negli interni

MAT di poliestere

Materassino isolante straslucente in

fibre corte di poliestere da impiegare

in membrane multilayer

Termoregolanti - Isolanti


Settori applicativi:

AGRICOLTURA

MICROFILTRAZIONE

BIOMEDICALE

TESSUTI Sefar

Tessuti conduttivi


Bouroullec, kvadrat showroom

Nylon + Kevlar + Mylar, Ball Nouges

Schiume e laminati

Settori applicativi:

DESIGN

AUTOMOTIVE

NAUTICO


ptfe espanso / ptfe

pvdf / pvdf settore edile

settore nautico nylon

settore edile etfe

thv

settore edile

poliestere

polietilene

fibra aramidica

pbo

fibra di carbonio

settore nautico

poliestere/pvc

fibra di vetro/ptfe

fibra di vetro/silicone

fibra di vetro/ptfe +To2

Settore edile

Settore nautico

Membrane

mono-componente

Film

mono-componente

Membrane

multi-componente

www.architetturatessile.polimi.it

www.textilearchitecture.polimi.it


Tessuto rivestito Poliestere/PVC

Tessuto rivestito Vetro/PTFE

Tessuto rivestito Vetro/silicone

Tessuto rivestito PTFE espanso

Film non tessuto in ETFE

Resistenza trama/ordito [KN/m]

115/102 124/100 107/105 84/80 3/5

Peso del tessuto [g/m2] 1200 [tipo 3] 1200[tipo 65] 1100 670 [tipo 1] 350

Strappo trapezoidale trama/ordito [N]

800/950 400/400 960/700 925/925 450/600

Trasmissione luce visibile [%]

10-15 10-20 < 80 19-38 95

Ritorno alla flessione/piegatura

Alta Bassa Alta Alta Bassa

Reazione al fuoco M2 [NFP92503] B1 [DIN 4102]

M1 [NFP92503] B1/A2 [DIN 4102]

A [ASIM E-108] Nessuna tossicità dei

fumi

M1 [NFP92503] B1/A2 [DIN 4102]

A[DIN 4102]

Resistenza allo sporco Incrementabile con rivestimenti superficiali in pvdf

Alta Media Medio-alta Alta

Resistenza all’invecchiamento

Medio-bassa, incrementabile con rivestimenti superficiali in pvdf o

TiO2

Alta Medio-alta Alta alta

Durata garantita Dai produttori

10-15 anni 30 anni 20 anni 30 anni 30 anni

Metodo di giunzione dei ferzi

Saldatura ad alta frequenza Saldatura termica Saldatura termica con nastro adesivo

Saldatura termica o alta frequenza

Saldatura a caldo

Applicazione consigliata Temporanee, Stagionali, Retrattili

Permanenti Permanenti Permanenti Retrattili

Permanenti

Sistemi costruttivi compatibili

Tendostrutture Tensostrutture Pressostrutture

Tensostrutture Pressostrutture



Strutture a cuscini pneumatici multilayer

Sistemi costruttivi incompatibili

Sistemi retrattili Sistemi stagionali

stoccabili


stoccabili


stoccabili

Costo Basso Alto Alto Alto alto

Riciclabilità 100% del poliestere con il processo Texyloop; 100% del pvc con il processo Vinyloop

100% 100%

prodotti multicomponente monocomponente

www.textilearchitecture.polimi.it

Costruzioni leggere


Lightweight architecture – Tensile Textile architecture

Bruno Zevi, storia e controstoria, 1997

Evoluzione dei sistemi costruttivi

State of the art on lightweight construction


tension

compression

Disegno di Vincenzo Pinto

Lightweight Construction Heavy

Construction

designing lightness


lightweight building

This logically leads to

the further development

of lightweight

constructions

The way to the minimal

mass building, to the

minimal energy building,

that is one with the

landscape and at the

same time architecture, is

to be found.”

Frei Otto

Bionic Car by Peter Pfeiffer,

Daimler AG e Mercedes-Benz Design, 2005.


designing lightness

“designing is considered to be the

domain of architects. Too little

attention is paid to integrate engineers

into conceptual design processes …

Maybe this is one of the reasons

why the situation of lightweight

and natural architecture

is not really satisfactory yet”

Jürgen Hennicke


Design – Fabrication - Delivery



Processo industriale di taglio laser del tessile

tecnco a partire dai disegni CAD: (foto:

Canobbio spa)

Fasi di lavorazione

artigianale

Test monoassiali e biassiali

di verifica dei carichi di

progetto e dei dettagli

costruttivi



esempi


Padiglione Finmeccanica Foto Cristian Guizzo

Unilever Hamburg Foto FormTL

Zenith Strasbourg Foto M. Maggi

sistemi di facciata tessile


KENGO KUMA,

The Modern Tea House, 2007


KENGO KUMA,

The Modern Tea House, 2007


Tensegrity

Tensairity

Pneumatic cushions

Herzog & De Meuron

Bukminster Fuller

Airlight

Minimal mass – high efficiency


TENSAIRITY

Rolf H. Luchsinger, Mauro

Pedretti (Airlight ltd) and Andreas

Reinhard

Tensairity demonstration bridge with 8 m span and 3.5 tons maximal load

Tensairity®

Strut (compression)

Cable (tension)

Airbeam


4 kg

strut + cables

2 kg

Max. load under bending

p = 100 mbar

airbeam

20 kg + =

airbeam+strut+cables

Tensairity®

Luscher Architecture,

Airlight Engineering,

Garage Park a Montreux, Swiss, 2004

Tensairity Beams + tensile membrane

Free span: 27m

A unique steel element [section

100x120mm]+ Tensairity beam


29

Luscher Architecture,

Airlight Engineering,

Garage Park a Montreux, Swiss 2004


New structural Systems are possible,

using Kevlar textile instead of steel

Textile Reinforced Concrete

RWTH Aachen University,

Building Construction and Design Department

Professor I. Bergmann, H. N. Schneider


Textile Reinforced Concrete













Professor Mark West

CAST

The centre for architectural

structures and technology

Faculty of Architecture,

University of Manitoba, US

- textile formwork

- Concrete prefab

components


Professor Mark West

CAST





A textile formwork

Concrete prefab

components


Professor Mark West

CAST





A textile formwork

Concrete prefab

components

Beams (the material is only where it is necessary,

thanks to the flexibility of membrane)

[“doing more with less” is possible!]


Spazio chiuso Spazio aperto coperto Spazio trasformabile

Flessibilità di utilizzo nelle diverse stagioni

ΔT= 14°C

Fisica degli edifici leggeri


Architetto bodega

Struttura polifunzionale

per le terme di chianciano


Architetto bodega

Struttura polifunzionale per le terme di chianciano

2 layer di

poliestere/pvc

+

Flying masts

www.form-tl.de

Canobbio.com


Nicholas Grimshaw, Eden, 2000


ETFE cushions

FESTO Technology, 2002


Tecnologia Vector foiltec

L’altra sede della regione lombardia a milano


Biblioteca dell’università di berlino, 2006

Architetto Norman Foster


Unilever Headquarter,

Hamburg, 2008,

Benisch & Partners


Unilever Headquarter,

Hamburg, 2008,

Benisch & Partners

Research topics


L’alveo

DIPARTIMENTO DI

SCIENZA E TECNOLOGIE

PER L’AMBIENTE COSTRUITO

Il BEST riunisce professori e

ricercatori che operano all’interno di 14

Settori Scientifico- Disciplinari

Linee di ricerca:

DESIGN, PRODUCTION, MANAGEMENT

UdR SPACE

processi sperimentali nella

progettazione e nella

produzione dell’architettura

LCA

Progetto

e Ambiente

Gestione

dei processi

ERC PE8: Products and process

engineering Lightweight Construction,

Textile Technologies POLIMI Linee strategiche:

• Materiali, Micro e

Nanotecnologie

• Prodotti e Processi

Industriali

MIUR Linea strategica: • Materiali innovativi per

applicazioni strutturali


La rete

NETWORK INTERNAZIONALI DI RICERCA E NORMAZIONE

TENSINET Associazione delle aziende leader in Europa e dei gruppi di

progettazione e confezione specializzati in strutture tensili e delle Università e

Centri di test e collaudo di strutture leggere in Europa;

IASS, associazione internazionale dei produttori e progettisti e ricercatori di

strutture spaziali e strutture a guscio;

IFAI, Industrial Fabrics Association International.

www.contex-t.eu Textile architecture -Textile structures and

buildings of the future

EU-funded Integrated Project

dedicated to SMEs

31 European partners

Sept 2006 – Aug 2010

www.tensinet.com A professional and international network

Platform to discuss technical matters

Developing the state-of-the-art of tensile

structures

Preparing a guideline for the structural design of

membranes and textiles, aimed at laying the

ground for a future Eurocode 12 (CEN TC250

structural eurocodes)


La rete

ASSOCIAZIONI DI PRODUTTORI TESSILI

AITA, unione delle Aziende Italiane Tessili Antifiamma;

ASSOCOMPOSITI, associazione italiana dei compositi e affini;

ASSITES, Associazione italiana delle Tende, Schermature Solari e Chiusure tecniche (270 aziende);

TEX CLUB TEC, Associazione italiana dei Tessili Tecnici e Innovativi , comprendente 120 società italiane

operanti nei settori degli agrotessili, tessili per edilizia, arredamento, abbigliamento e calzature, trasporti,

geosintetici, protezione, tessili medicali, tessili per l'industria, imballaggio, ambiente, sport;

UCINA, Unione Cantieri Industrie Nautiche e Affini.


Research activities

IDEA: Minimal mass + more energy saving building system

Unilever Headquarter, Hamburg, 2008, by Benisch & Partners

Technical textile

No glass

Application of Organic Photovoltaic in technical textiles,

in particular in fluoro-polymeric films

Environmental profile of ETFE cushions for

TransparentSystems

new buildings, new façades;


Research activities

lightweight roofs, permanent and seasonal coverings;

Kingsdale School, 2003, London, by De Rijke

Morsh Morgan

Foldable textile roof in Vienna, 2002

Scientific support in designing and Form-Finding textile shelters

Design and Testing mock-up of sensible/reactive textile building roofs

Innovation in supply chain and in the design processes

IDEA: adaptive systems for Mediterranean context


Research activities

IDEA: Minimal mass + more energy saving building system retrofitting building façades;

Textile internal wall, University library, Berlin, 2006

Innovative textile, sensible wall paper, MIT, 2011

Lightweight Envelope approach to improve sustainability and energy efficiency in existing

multi-storey multi-owner residential buildings

Textile-based retrofitting tools for the internal and external walls, combining the properties of

advanced technical textiles and high performance insulating materials as synthetic perlite or

aerogels to be included in plasters, coatings and renderings.


Research activities

retrofitting of residential and office blocks;

IDEA: use textile systems to cover and renovate buildings, learning from our past.

Life Cycle Assessment of different seasonal roof systems (made of glass, textile, steel, wood…)

Design and texting of Temporary textile roofs for sunshade or rain protections

Study of cinematic tools for transformable roof systems

Recyclability of different woven and non-woven materials

The courtyard of Pitti Palace Florence, with the textile

covering system designed by Bernardo Buontalenti, 1589


Research activities

innovative textiles for archeological areas

IDEA: use the lightweight systems for Cultural Heritage conservation

Design Temporary multi-layered textile roofs for sunshade and rain protections

Study of specific requirement of the archeological area and fabrication of roofing prototypes

Testing campaigns in order to prevent side effects related to ageing of the fabric and following

alterations in absorption and reflection properties

Malta Gela, Caposoprano


International networking & Standardization works

knowledge and tools

Interdisciplinary Regional Networking

CLUSTEX Multidisciplinary Research Cluster of Innovative Textiles

BEST Department main partner with following Departments:CHEM Chemistry Materials and Chemical Engineering “Giulio Natta”; DIS Structural Engineering; INDACO Industrial Design, Arts, Communication and Fashion; MECC Mechanics

brochure of Cluster

Available testing tools for advanced textiles

BEST Department tools are the followings:

1. BIAXIAL RIG for evaluating mechanical behavior of Structural membranes

2. SEALING PRESS for fabrication of multilayered Fluor-polymeric materials

In the field of Textiles for Structural and Architectural Applications: Regional Representative in CEN / TC 250 Guideline for the structural design of

Tensile Surface Structures – Eurocode 12

European Research network for Tensile Structures TENSINET Associate Member and Regional Representative for Italian Context (A. Zanelli)


Research Products (selection of)

www. architetturatessile.polimi.it www.textilearchitecture.polimi.it

Research Products (selection of)

BOOKS

Ephemeral Architecture: Time and Textiles,

Proceeding of TensiNet Symposium 2007, Clup,

Milan, 2007.

Progettare con le membrane,

Maggioli, 2007.

Architettura tessile. Progettare e costruire

membrane e scocche,

Il Sole 24Ore, 2009.

PAPERS

The Environmental Profile of Lightweight Structures

built with new materials: the case of ETFE Pillows,

Structural Membranes 2009, Stuttgart, 5-6 October 2009

Andrea Campioli, Carol Monticelli, Alessandra Zanelli

The new procedures and materials to improve

protection of archaeological areas, TensiNet Symposium

Sofia, October 2010

Elisabetta Rosina, Alessandra Zanelli, Paolo Beccarelli,

Marco Gargano, Elena Romoli

Student workshop


Building Construction Workshop, July 2010

Architectural Science Degree Prof. Alessandra Zanelli – Prof. Carol Monticelli


Installazione presso Ordine degli Architetti di Milano,

via Solferino, Milano, 2 luglio 2010


Building Construction Workshop, July 2011

Architectural Science Degree Prof. Alessandra Zanelli – Prof. Carol Monticelli


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