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etfe
(etilene tetrafluoroetilene)
scheda tecnica: tessuto in ptfe espanso
> 30 anni 3/5 450/600 90 % classe a produzione di diossina 100 €/mq
resistenza (kn/m) allungamento a rottura traslucenza infiammabilita’ tossicita’ costo del tessuto L’etfe è un fluoropolimero, ovvero un polimero (una macromolecola costituita da una catena di molecole uguali), che contiene atomi di fluoro. La molecola di base è l’etene, il più semplice degli alcheni, idrocarburi insaturi aventi un doppio legame covalente tra due atomi di carbonio. La sua formula chimica è c2h4. La germania è il più grande produttore europeo di etene. L’etfe è anche noto con i marchi commerciali “tefzel” di dupont, “fluon” della asahi glass company e “texlon” di vector foiltec. È una plastica trasparente, più leggera e più resistente del vetro e di altri materiali plastici trasparenti. Rispetto al vetro , è più isolante e più semplice ed economico da installare. La principale caratteristica dei polimeri fluorurati, e in particolare dell’etfe, risiede nel fatto che gran parte dei legami chimici presenti è di tipo c-f (carbonio-fluoro), uno dei legami covalenti a più alta energia. Ne consegue che le molecole sono molto stabili, in grado di sopportare alti livelli di sollecitazione termica ed aggressione chimica, più di quanto riescano altri polimeri. Di contro, il loro costo è molto alto (per l’ etfe si parla di 100 euro a metro quadro).
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vita utile
ALLIANZ ARENA 2005, Monaco, Germania Committente: FC Bayern Munchen, TSV 1860 Munchen Progettisti:Architetti Herzog & de Meuron Consulenti al progetto: Ove Arup & Partners Prodotto: ETFE Produttore: Ceno Tec Confezionatore: Ceno Tec Installatore: Ceno Tec Funzione dell’edificio: stadio Superficie coperta: 38000 mq Funzione della membrana: protezione delle tribune e involucro architettonico capace di assumere colorazioni differenti
La costruzione dello stadio, che vanta una struttura esterna assolutamente unica e magica, è stata finanziata proprio dalle due società calcistiche FC Bayern München e TSV 1860 München. I costi di costruzione ammontano a 340 milioni di Euro. Il concorso ad inviti, concluso nel 2001, vide ricadere la scelta sul progetto degli svizzeri Herzog & de Meuron. L’ intervento, collocato nella periferia nord della città,oltre al progetto dello stadio, coinvolge un’ ampia zona limitrofa rivisitandone i percorsi e le destinazioni d’ uso. Lo stadio, a causa della sua forma particolare, un grande “casco” (840 m di circonferenza) che ricorda la superficie trapuntata del pallone da gioco, è stato soprannominato Schlauchboot (gommone). La struttura principale dell’ impianto è in calcestruzzo armato gettato in opera combinato con elementi prefabbricati che costituiscono i solai e le gradinate. La copertura è invece realizzata con struttura metallica a traliccio disposta in modo radiale aggettante permettendo così l’ assenza di elementi di sostegno che possano disturbare la visione da qualsiasi punto delle gradinate Ciò che rende straordinario il progetto è il rivestimento realizzato in membrana sintetica, leggera e traslucida, che con una superficie complessiva di 64.000 mq è il più esteso al mondo. Questa membrana è mantenuta in tensione grazie ad una pressione permanente e suggerisce l’idea di un oggetto vivente . L’unica distinzione visiva tra facciata e copertura è data diversa combinazione della membrana: bianco /trasparente per la pelle verticale; trasparente/trasparente per quella orizzontale. Il guscio esterno è composto da 2 .874 cuscini costituiti da due fogli di ETFE a forma romboidale dello spessore di 0.2mm. I cuscini in membrana sintetica, sono di materiale riciclabile al 100% , indeformabili e durevoli, autopulenti, resistenti al fuoco, al calore e al freddo; la lunghezza delle “bolle” romboidali varia dai 4 fino agli 8 metri, mentre la larghezza dai 2 ai 4 . Enormi ventilatori, sistemati nel cuore dello stadio, gonfiano le camere d’aria ad umidità controllata in modo che siano sempre sufficientemente piene. Il vero spettacolo è l’ illuminazione del rivestimento esterno: l’ involucro della copertura abbraccia gli spettatori ed è volutamente distaccato dal terreno per dare l’ idea di leggerezza . A seconda della squadra che gioca, grazie a lampade a tre colori, sofisticati effetti di luci fanno brillare la facciata con i colori bianco, rosso o blu delle squadre di casa.
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ciò spiega perché le applicazioni dei fluoropolimeri sono ancora molto limitate: questi materiali, infatti, sono utilizzati quando nessun altro polimero è in grado di soddisfare requisiti applicativi di severità elevata. inoltre le tecnologie produttive dei fluoropolimeri non sono alla portata di un qualsiasi operatore; solo un ristretto gruppo di società è in grado di cimentarsi nella chimica del fluoro, a causa della tecnologia di produzione avanzata necessaria. le principali aziende del settore oggi sono dyneon, dupont, asahi glas e daikin.
le possibili applicazioni di questo materiale, date le sue straordinarie proprietà sono molto ampie: rivestimenti di cisterne, isolamento di cavi, celle di impianti fotovoltaici, come isolante acustico, in applicazioni aerospaziali e per l’industria automobilistica. dagli anni ‘80 viene utilizzato anche in architettura, perché permette la creazione di involucri totalmente permeabili alla luce e ai raggi uv. in particolare il suo peso estremamente basso, la sua alta permeabilità alla luce, la sua elevata resistenza chimica agli acidi, la sua completa riciclabilità, lo rendono un materiale molto valido. oggi sono stati realizzati circa duecento edifici, principalmente in europa, nei quali l’etfe è utilizzato come elemento di copertura nel tetto o come componente delle pareti verticali esterne. il peso della membrana è tra 300 e 1500 g/mq. l’etfe è totalmente permeabile ai raggi uv: già da tempo questa sua proprietà viene utilizzata per edifici adibiti a serre e zoo. infatti è possibile progettare spazi coperti, che mantengano però le condizioni di illuminazione degli spazi aperti, favorendo quindi la crescita delle piante e la vita degli animali inoltre i raggi uv permettono la crescita e il mantenimento dell’erba nei campi sportivi, e questo rende l’etfe un materiale vantaggioso per la realizzazione degli stadi. la trasparenza dell’etfe è pari al 95% per un irraggiamento che va dai 400 ai 600 nm, ovvero lo spettro della luce visibile, con una percentuale di luce diffusa pari al 12% e di luce diretta pari all’88%. diversi tipi di stampa sulla membrana possono variare di molto la trasmissione dei raggi solari, per esempio limitando il passaggio dei raggi uv. 4
WATER CUBE 2008, Pechino,Cina Committente: water cube Progettisti: Toby Wong del Ptw Architects Consulenti al progetto: Ove Arup & Partners Prodotto: ETFE Produttore: Foiltec Confezionatore: Foiltec Installatore: Foiltec Funzione dell’edificio: Piscina Superficie coperta: 40000 mq Funzione della membrana: Involucro, isolamento e accumulo termico
Il centro nazionale di nuoto di pechino è stato realizzato in occasione delle olimpiadi di Pechino 2008. L’ edificio si presenta come un volume semplice di forma quadrata costituito da una affascinante struttura reticolare tridimensionale che sostiene le bolle realizzate in ETFE, assemblate prima di essere poste in opera e quindi gonfiate. Un sistema di controllo gestisce il pompaggio continuo delle bolle mantenendo intatta la struttura. Non si tratta della tradizionale maglia a sviluppo tetraedrico ma di una struttura nata dall’osservazione dell’aggregazione delle bolle di sapone di cui la schiuma si compone, che riesce a creare una forma organica e flessibile adatta alle necessità del centro acquatico olimpico. L’ insolita geometria della intelaiatura consente inoltre di rispondere efficacemente ai requisiti antisismici imposti dalle particolari caratteristiche del luogo. Il progetto accoglie la principale piscina olimpica,uno spazio multifunzione e 17000 posti a sedere di cui 11000 pensati come struttura rimovibile. Le sue pareti traslucide formano poligono irregolari che di giorno assumono una colorazione grigio azzurra come il cielo e di notte possono essere illuminati a piacere creando un effetto spettacolare. L’ edificio, progettato secondo principi di design ecosostenibile, utilizza materiali ecologici e tecnologie per l’ utilizzo di fonti energetiche rinnovabili. L’ ETFE prodotto dalla Du Pont permette di catturare il 20% dell’ energia solare incidente sull’ edificio riutilizzandola per riscaldare l’ acqua delle vasche e grazie alla sua trasparenza, durante il giorno, l’ impianto è illuminato dalla luce solare, riducendo del 55% i consumi. Inoltre data la scarsità di risorse idriche della zona, l’ 80% dell’acqua piovana raccolta dal tetto viene riciclata e riutilizzata.
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questo permette di progettare edifici efficienti dal punto di vista energetico e del benessere termico degli utenti. numerosi test portati avanti su campioni di materiali prelevati da vecchie strutture a membrana, confermano inoltre la durabilità di questa proprietà del materiale. l’etfe, a differenza di altre membrane in architettura, è prodotto direttamente per estrusione, non è il risultato di una tessitura. la mancanza del rinforzo dato da trama e ordito, rende quindi la resistenza del materiale di molto inferiore rispetto a quella di altri prodotti.questo aspetto limita la luce massima dei cuscini e delle tensostrutture in etfe, a meno di una struttura di rinforzo. l’etfe ha invece una buona resistenza a trazione: piccole rotture possono essere riparate facilmente con uno speciale foglio adesivo applicato direttamente, senza bisogno di smontare la struttura.
isolamento termico e acustico l’utilizzo di membrane in etfe garantisce un grande livello d’isolamento termico, che può essere incrementato grazie all’aggiunta di altri strati di materiale. e’ possibile utilizzare materiali isolanti, riducendo la trasparenza dell’involucro, nel caso di tensostrutture; oppure nel caso di elementi pneumatici è possibile inserire strati aggiuntivi di etfe che creano camere d’aria separate. utilizzando strutture con membrane multistrato però bisogna fare molta attenzione agli elementi di fissaggio, in modo da evitare spifferi o ponti termici. la stampa dello strato esterno della membrana, può ridurre l’energia entrante dei raggi solari, garantendo quindi un riparo dall’eccessivo calore. bisogna tenere conto anche del problema della condensa, che può essere evitato utilizzando un ulteriore strato inferiore isolante, che eviti che il cuscino entra a contatto con l’aria umida. inoltre è fondamentale che l’aria immessa nel cuscino sia stata sottoposta ad un trattamento preliminare che l’abbia resa totalmente secca. l’etfe è un materiale elastico, a differenza, per esempio, del vetro, quindi i rumori prodotti all’interno dei locali non vengono riflessi, evitando fastidiosi fenomeni di riverbero o eco. 6
FRØSILOS 2005, Copenhagen, Danimarca Progettisti: MVRDV Consulenti al progetto: JJW ArkitekterABT, Arnhem Prodotto: ETFE Produttore: Foiltec Confezionatore: Foiltec Installatore: Foiltec Funzione dell’edificio: Edificio d’abitazione Superficie coperta: 9.800 mq Funzione della membrana: Copertura
La città di Copenhagen si è impegnata negli ultimi anni nella sistemazione di una ex zona industriale nei pressi del porto. Tra i vari interventi, vi era quello di trasformare due vecchi silos inutilizzati, in un edificio d’abitazione. Il progetto, realizzato dal gruppo MVRDV, aveva l’obiettivo di mantenere le preesistenze, sfruttandole come punto di forza del progetto. I due silos, infatti, sono rimasti pressoché intatti, mentre 129 appartamenti, distribuiti su otto piani, sono stati costruiti attorno alle vecchie strutture. Gli spazi vuoti interni contengono l’accesso, la distribuzione verticale, e quella orizzontale a ballatoio. Essi appaiono come due modernissime corti interne. Si è scelto inoltre non fare appoggiare gli appartamenti sulle pareti principali,creando così una specie di seconda pelle dell’edificio. La copertura di questi spazi è affidata ad una leggera struttura in acciaio che regge una serie di cuscini di ETFE pressurizzati. Le motivazioni dell’utilizzo di questa tecnologia sono essenzialmente due: la leggerezza del materiale, che necessita di una struttura di sostegno molto esile, e la quasi totale trasparenza della membrana. Queste caratteristiche, unite ad un interno completamente bianco, contribuiscono alla smaterializzazione del volume che sembra privo di peso ed a fornire una notevole quantità di luce all’ ambiente interno. L’utilizzo di questa struttura innovativa del dentro-fuori è stata una soluzione relativa alla fragilità dei muri già esistenti nella struttura. I progettisti hanno quindi considerato la debolezza del calcestruzzo il quale limitava molto il taglio di grandi fori nel muro per il collocamento di finestre,che avrebbe così compromesso di molto la stabilità dell’edificio. Il risultato finale è stato quello di ottenere 84 appartamenti che vanno dai 90 ai 200 mq, con balconi che sono circa un terzo di ogni appartamento.
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questo garantisce un maggiore comfort acustico per gli utenti, soprattutto nel caso di coperture a cupola o tendenzialmente sferiche. per incrementare invece l’isolamento da rumori esterni, è possibile inserire ulteriori strati di etfe all’interno del cuscino.
comportamento al fuoco l’etfe è un materiale a bassa infiammabilità, nella categoria b1 secondo la din 4102; in caso d’incendio, quando i gas raggiungono la temperatura di circa 200°c, la membrana diventa più morbida, e se è in tensione a causa della pressione dell’aria interna al cuscino, il foglio si buca, lasciando uscire i gas. questo evita che si concentrino gas tossici all’interno dell’edificio, e che la temperatura salga ulteriormente, cosa che potrebbe provocare danni alla struttura portante. ad una temperatura di 275°c, la membrana si scioglie, ma non lascia cadere gocce di materiale incandescente; inoltre tende a non far propagare l’incendio, grazie ad una proprietà speciale dei composti del fluoro.
durabilità, pulibilità e manutenzione l’etfe è una delle molecole organiche più stabili che siano state prodotte. se utilizzata in condizioni normali, la durata di vita garantita è di 20 anni (dati hightex). e’ un materiale auto-pulente, grazie alla sua particolare composizione chimica, e mantiene totalmente la sua trasparenza. lo sporco che si può accumulare viene normalmente portato via dall’acqua piovana. la membrana non necessita di particolare manutenzione.
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CENTRO NAZIONALE DELLO SPAZIO (Space Center) 2001 Leicester,UK Committente: Sir Robert Mc Alpine LTD Progettisti: Nicholas Grimshaw Et Parteners Consulenti al progetto: Ove Arup Et Parters (strutture) Prodotto: Lastre di ETFE(tetra etilene di fluoruro) Produttore: Tensys Confezionatore: Tensys Installatore: Tensys Funzione dell’edificio: Base Spaziale Superficie coperta: 7.600 mq Funzione della membrana: Copertura, involucro
Il Centro Nazionale dello Spazio catalizza l’interesse del pubblico per la scienza spaziale tramite una zona per l’esposizione e un’altra, appartenente all’Università di Leicester, destinata alla ricerca e all’insegnamento. Il complesso si trova a Leicester, sulle rive del fiume Soar,dove occupa le installazioni di una cisterna d’acqua in disuso. Queste aree sono state così soggette a recupero, dando vita a un nuovo quartiere che ha significato un notevole miglioramento per la città. Nella scelta del progetto venne coinvolto anche il pubblico di Leicester, con la consultazione delle comunità vicine e mediante riunioni tenute per misurare l’opinione pubblica. La visione del centro emoziona il visitatore appena uscito dall’autostrada, infatti l’asfalto cambia colore dal grigio al rosso intenso, quasi a simulare il suolo marziano.Un viale alberato porta poi all’ingresso del complesso dove è situato l’edificio, abbellito inoltre da chioschi informativi interattivi ed esposizioni temporanee all’aperto.L’edificio nella sua interezza si mostra nella sua opacità variegata,infatti c’è uno strato di metallo perforato che copre tutte le aperture della facciata, quali finestre ,lucernari e griglie di ventilazione, che donano il colore alla struttura. Tutto il complesso cambia d’aspetto illuminandosi dall’esterno e dall’interno. Il complesso è dominato visivamente dalla torre espositiva. Questa è costruita con una strutture leggera in acciaio che sostiene uno scheletro metallico e da un involucro di cuscini pneumatici in membrana a tre strati di ETFE , che sembrano quasi delle vele bianche. La scelta di questo materiale è dovuto alla sua alta resistenza e flessibilità, capace quindi di adattarsi alla forma desiderata dal progettista, dalla sua capacità autopulente e dalla sua notevole durata , garantita in circa 60 anni. Inoltre esso permette di coprire vani enormi, senza l’utilizzo di grandi travi d’appoggio. La leggerezza del materiale e la limitata quantità di acciaio hanno facilitato e semplificato la realizzazione del progetto. L’aspetto futurista della torre è dato dalle caratteristiche di trasparenza e riflessione dell’ETFE, grazie al quale l edificio può assumere varie colorazioni, anche se le sue forme organiche le conferiscono un aspetto naturale e terracqueo.
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Sostenibilità ambientale
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La membrana di Etfe è riciclabile al 100%. Inoltre la membrana ha una massa davvero minima, dovuta al fatto che essa è estremamente sottile Il processo di produzione dell’ETFE è a base d’acqua, non richiede l’utilizzo di solventi chimici, né di derivati del petrolio, e quindi non rientra nei materiali che danneggiano lo strato di ozono dell’atmosfera.
Principali produttori del materiale di base Asahi Glasi Asahi Glasi Dyneon Dupont Dupont Daikin
www.fluon.jp www.fluoropolymers.uk.com www.dyneon.com www.dupont.com www.dupont.com www.daikin.com
Principali produttori del prodotto finito P.A.T.I. S.p.a. www.pati.it Polyflon www.polyflon.co.uk Nowofol www.nowofol.de Kochmembranen www.kochmembranen.com Saint Gobain www.saint-gobain.com
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EDEN PROJECT 2001 St.Austell, Cornovaglia Committente: Progettisti: Grimshaw & Partners Consulenti al progetto: OVE Arup &Partners , McAlpine Joint Venture Prodotto: ETFE Produttore: Foiltec Confezionatore: Foiltec Installatore: Foiltec Funzione dell’edificio: Serra Funzione della membrana: Copertura
Eden Project è uno degli esempi più significativi di recupero ambientale del mondo. E’ una incredibile serra costruita in Cornovaglia, su progetto dall’architetto Nicholas Grimshaw nel 1996, ultimata nel 2001, con la collaborazione di McAlpine Joint Venture e Ove Arup Partners. Da una cava di argilla abbandonata in Cornovaglia, si è ricavato questo splendido esempio di Architettura Sostenibile al cui interno sono studiati i legami tra l’uomo e la natura, mediante la riproduzione di habitat tipici di ogni parte del mondo, dal Sud America all’ oceania. Il progetto si compone di una serie di cupole geodetiche, chiamate “Biomes”, appoggiate l’una sull’altra e affondate nella voragine alta 60 metri di profondità. L’architetto Nicholas Grimshaw dice che “Il problema era creare un edificio che si adattasse alla cava dal punto di vista ideologico e strutturale. Ho scelto un modulo universale, la sfera, adattandola al perimetro irregolare della cava”. La temperatura e l’ umidità all’ interno delle biosfere sono create artificialmente e mantenute naturalmente dalla presenza delle piante. Le cupole sono composte da una armatura metallica che supporta esagoni trasparenti incastrati l’uno nell’altro come in un puzzle, realizzati con un materiale plastico, l’EFTE, che pesa 100 volte meno del vetro, autopulente,riciclabile e dura più di 25 anni. L ‘architetto racconta che “La scelta degli esagoni non è casuale perché è una forma che si trova in natura e consente di costruire strutture sferiche molto forti perché le forze si distribuiscono su tutti i lati. I pannelli però non sono piatti, ognuno si sviluppa su tre dimensioni come un palloncino a più strati, in cui l’aria viene pompata e tenuta sotto pressione per lasciare la temperatura costante dentro le biosfere. Il che è fondamentale per la sopravvivenza delle piante “. Ogni componente della struttura è un pezzo unico realizzato attraverso una produzione meccanizzata, secondo cui il componente è tagliato e numerato ed ha una posizione unica nella struttura. La struttura di supporto è stata concepita per consentire in futuro l’eventuale sostituzione degli 831 pannelli di EFTE con materiali trasparenti innovativi, che consentano all’edificio di “ respirare”. La struttura dell’ intero complesso è sostenuta da una collana di fondazioni continue in cemento armato.
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filiera produttiva ETFE 1 - MATERIALE DI BASE ESTRUSIONE Estrusione Film 3- MATERIALE FINITO RIVESTIMENTO Laminazione FINISSAGGIO Stampa 4 - CONFEZIONAMENTO MEMBRANA TAGLIO Patterning e Fitting Esecuzione Taglio GIUNZIONE Saldatura Formatura cuscini 5 - INSTALLAZIONE-MANUTENZIONE-DISMISSIONE INSTALLAZIONE Imballaggio e trasporto Assemblaggio Collaudo MANUTENZIONE Pulitura Riparazione in situ Sostituzione DISMISSIONE Riciclo
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VILLA NURBS 2003, Girona, Spagna Committente: Famiglia Gallego Leon Progettisti: Enric Ruiz-Geli Studio Cloud 9 Consulenti al progetto: Agusti Obiol Boma S.L. Guillem Baraut Santos Valladolid Prodotto: ETFE Produttore: Confezionatore: Installatore: Funzione dell’edificio: Abitazione Superficie coperta: Funzione della membrana: Copertura e rivestimento
Villa Nurbs (il nome deriva dal mondo della grafica digitale) è stata progettata dall’ architetto Enric Ruiz-Geli dello studio Cloud 9 di Barcellona con una forma molto innovativa rispetto al contesto suburbano monotono in cui è inserita. L’ idea progettuale nasce dalla volontà di creare una superficie continua e fluida che abbracci tutti gli ambienti della casa. La tecnologia digitale e al design parametrico hanno permesso la realizzazione di forme di notevole complessità. Rivestimento esterno, struttura, clima e tecnologia sono tutti studiati in modo innovativo. Lo spirito di Villa Nurbs si avvicina più alle imbarcazioni che alle monotone case che la circondano. Le due gambe cilindriche di cemento si innalzano dal terreno per sostenere una piattaforma ovale dello stesso materiale. Tra questi due piloni si trova l’ entrata principale e un appartamento riservato agli ospiti, mentre il resto dell’ abitazione è al livello superiore, costituito da una serie di ambienti che si affacciano sulla piscina. L’intero spazio è racchiuso da un involucro trasparente in ETFE: un tetto di pannelli di plastica gonfiabili di forma allungata che, riempiti d’aria si espandono, lasciando penetrare la luce del giorno; viceversa, quando vengono sgonfiati si contraggono, bloccando il chiarore e la vista del cielo. L’effetto ricorda un organismo vivo. L’ edificio non ha finestre sull’ esterno e sul lato nord è rivestito di Corian bianco, una plastica dura e traslucida che di giorno lascia penetrare la luce naturale e di notte fa trasparire quella dell’interno.La facciata sud è rivestita di mattonelle di ceramica nere, per proteggere dal sole. L’ idea dell’architetto è di inserire una architettura sofisticata in un contesto mediocre con la speranza di poterlo cambiare.
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PTFE
(politetrafluorene espanso)
Scheda Tecnica: TESSUTO IN PTFE ESPANSO
VITA UTILE RESISTENZA (KN/m) ALLUNGAMENTO A ROTTURA TRASLUCENZA INFIAMMABILITA’ TOSSICITA’ COSTO DEL TESSUTO
> 30 anni 84/80 alto 19-38 % Classe A Produzione di diossina 100 €/mq
Il Politetrafluorene (PTFE) è il polimero del Tetrafluoroetene (TFE). La principale caratteristica dei fluorurati risiede nel fatto che gran parte dei legami chimici presenti è di tipo Carbonio-Fluoro, uno dei legami covalenti a più alta energia. La conseguenza principale è che le molecole sono altamente stabili, in grado quindi di sopportare alti livelli di sollecitazione termica ed aggressione chimica. L’aspetto negativo di tali materiali è il costo elevato che ne confina l’impiego solo in particolari casi.
Cenni Storici
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La scoperta del PTFE risale al 1938 ad opera di Roy J. Plunkett, impiegato presso il laboratorio DuPont di Jackson (USA). Il nuovo polimero dimostrò di possedere qualità molto particolari: la quasi totale inattaccabilità agli agenti chimici, l’elevata antiaderenza, l’idrofobia, la capacità di non degradare con l’esposizione alla luce del sole ed un elevato punto di fusione. Plunkett ed i suoi collaboratori intuirono i numerosi campi d’applicazione del nuovo materiale ed in breve tempo si capì che poteva essere trasformato nella forma desiderata mediante una tecnologia concettualmente simile a quella della lavorazione delle polveri metallurgiche, ottenendo cioè dei blocchi per sinterizzazione lavorabili all’utensile. Nacque così il Teflon (marchio registrato DuPont), commercializzato a partire dagli anni ’40 ed ancora oggi uno dei polimeri di maggior successo applicativo.
KINGSDALE SCHOOL 2003,Dulwich,UK Committente: RIBA (Royal institut of British architects) Progettisti: De Rijke Morsh Morgan Consulenti al progetto: Michael Hadi associates (strutura) Fleming and Barron (Acustica) Prodotto: Membrana di ETFE Produttore: Foiltec Confezionatore: Foiltec Installatore: Fulcrum Funzione dell’edificio: Edificio scolastico Superficie coperta: 3.200 mq Funzione della membrana: copertura,involucro
La Kingsdale School è situata nel sud est di Londra ed è stata riqualificata nel 2003. La situazione del complesso era del tutto inappropriata per i 1.200 studenti che vi erano iscritti. Per questo motivo la RIBA (Royal institut of british architects) organizzò un concorso di architettura che fu vinto da De Rijke Morsh Morgan (dRMM). L’edificio ha una piante rettangolare di 3.200 metri quadri, che circonda un doppio cortile centrale. Ed è proprio questa parte che è diventata il fulcro del progetto di De Rijke: riqualificare tutta la parte centrale in modo da garantire una migliore organizzazione distributiva. L’atrio centrale viene così chiuso e coperto da un nuovo involucro trasparente che fornisce all’ambiente una nuova identità e un nuovo ruolo all’interno dell’istituto: diventa cosi un luogo di ritrovo e di socializzazione per gli studenti e un luogo di raccordo per i vari ambienti della scuola. Al centro del cortile viene posto un grande elemento geodetico, con la funzione di auditorium. La copertura è trasparente permette così di sfruttare l’ambiente in qualsiasi mese dell’anno, poiché lo protegge dagli agenti atmosferici e controlla passivamente la temperatura del grande volume, conferendoli così la capacità di essere uno spazio filtro tra ambiente interno ed esterno La copertura di quasi 3.200, è composta da elementi in ETFE gonfiati con aria compressa deumidificata, a diversa pressione per garantire l’isolamento e resistere alla forza del vento. E’ un involucro intelligente: una pelle multistrato variabile capace di adattarsi alle variazioni ambientali cambiando il coefficiente di trasmissione solare. Infatti il tetto reagisce alla luminosità del sole, proteggendo l’atrio dai raggi più forti e rendendo la membrana opaca quando necessario. De Rijke ritenne necessario inserire tre strati di etfe, dove i due superiori sono stampati con strisce di color grigio argentee coprenti per ridurre l’irraggiamento solare. Quando i cuscini son o totalmente gonfi, gli strati stampati lasciano passare il 50% della luce naturale, quando invece sono sgonfi la luce la luce può essere ridotta al 5%. La struttura di supporto della membrana sintetica è formata da elementi sottili in acciaio curvato.
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Proprietà principali
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Il PTFE può essere considerato un materiale high tech ad altissime prestazioni che rimangono inalterate a temperature comprese tra -80° C e 250 °C. Le sue principali caratteristiche sono: - Bassa adesione: eccellenti prestazioni contro l’adesione di sostanze estranee; - Resistenza: trasparenza ai raggi UV, resistenza all’ossidazione, mantengono le loro proprietà anche a temperature molto basse, resistenza all’attacco di microrganismi, non biodegradabile; - Traslucenza: elevati valori di trasmissione della luce pari a circa il 40 % contro il 13 % dei tessuti spalmati in PVC e il 25 % del vetroPTFE; - Assenza di contaminanti: non inquinano se non oltre elevate temperature (circa 230°C); - Resistenza alla corrosione: resiste agli aggressivi chimici; - Resistenza al calore - Resistenza al fuoco: non è infiammabile e non supporta la fiamma in ambienti con concentrazione di ossigeno inferiore al 95 %; ha superato infatti numerosi test di infiammabilità internazionali; inoltre la densità ottica dei fumi prodotti in caso di combustione è bassa; - Resitenza all’usura: basso coefficiente di attrito che comporta abrasioni minime; - Resistenza elettrica - Lunga durata di servizio: eccellente resistenza all’invecchiamento, anche in presenza di alte temperature e prodotti chimici aggressivi; elevata inoltre anche la resistenza a sollecitazioni dinamiche, come vibrazioni e flessioni. Il PTFE non fonde a temperature elevate ma si decompone. A questo inconveniente si ovvia per mezzo di due processi: sinterizzazione in presenza di cere o addizione di monomeri modificanti in fase di polierizzazione. Con il secondo procedimento di ha il PTFE modificato, termoplastico, che può essere fuso e solidificato più volte, quindi lavorabile per estrusione. A temperatura ambiente la struttura è cristallina, mentre una volta scaldato a 327°C si trasforma in una resina
STADIO OLIMPICO DI PECHINO (Bird’s Nest) 2008, Pechino,Cina Committente: Progettisti: Herzog & de Meuron Consulenti al progetto: ArupSport, ChinaArchitecture Design & Research Group, artista contemporaneo Ai Wei wei. Prodotto: ETFE Produttore: Confezionatore: Installatore: Funzione dell’edificio: Stadio Superficie coperta: 250.000 mq Funzione della membrana: Involucro, isolamento, accumulo termico
Ispirato all’intreccio dei ramoscelli di un nido, il progetto dello studio Herzog & de Meuron, vincitore nel 2002 del concorso internazionale di progettazione, è stato ribattezzato dai cinesi “nido d’uccello”. Una struttura di elementi che si intrecciano e si sorreggono tra di loro come in un nido tiene sospeso l’immenso tetto,interamente chiudibile. Come i ramoscelli di un nido,gli elementi strutturali si intrecciano formando una maglia nella quale sono integrate facciate,scale e copertura. Proprio come gli uccelli colmano gli spazi vuoti trai diversi ramoscelli con leggeri riempitivi,gli spazi all’interno della maglia di calcestruzzo sono riempiti con materiale leggero:“cuscini gonfiabili” in ETFE che fanno apparire la struttura come un enorme salvagente. La struttura è ricoperta da due strati di membrane traslucide;quella più esterna colma i vuoti per rendere la copertura resistente agli agenti atmosferici,mentre quella più interna funge da isolante acustico. Essa inoltre dispone di un sistema di recupero dell’ acqua piovana e di protezione dell’ interno dal vento. Parte integrante della struttura è il tetto apribile che forma,insieme alle membrane traslucide,un guscio trasparente che consente il riflesso di fasci di luce all’esterno. Alternate secondo una disposizione casuale,le fasce in calcestruzzo che partono dal suolo curvandosi al di sopra dell’occhio della copertura si intrecciano con altre fasce che avvolgono la struttura lungo il perimetro. In questa architettura, in cui facciata e struttura coincidono, l’effetto visivo è sorprendente, nonostante la semplicità e l’essenzialità dell’idea.
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semiliquida, facilmente modellabile per estrusione e per iniezione. Il processo di espansione del PTFE conferisce al materiale una struttura microporosa che rende il materiale traspirante sebbene rimanga completamente impermeabile all’aria e all’acqua. Il tessuto, nella sua forma espansa è attualmente commercializzato dalla Gore, sotto il marchio Tenara. Il Tenera è l’ultima frontiera delle membrane per tensostrutture che offre prestazioni di elevata durabilità, resistenza, flessibilità e facilità di pulitura. Questo tessuto si configura come una membrana monocomponente al 100 % in PTFE ad alta resistenza, spalmato in PTFE. La presenza di un unico componente permette di avere un processo produttivo più snello e una maggior possibilità di riciclo. In fase di lavorazione, per quanto riguarda la saldatura del tessuto il prodotto deve innanzitutto essere trattato specificatamente in corrispondenza delle linee di saldatura per avere migliore aderenza. La saldatura avviene pertanto in due fasi: una prima pulitura del supporto per mezzo di sabbie abrasive e la successiva saldatura vera e propria. La saldatura si ottiene mediante la sovrapposizione dei lembi del tessuto con l’interposizione di un film dello stesso materiale precedentemente scaldato a 230°C e pressato.
Principali produttori del materiale di base
Le tecnologie produttive dei fluoropolimeri non sono alla portata di un qualsiasi operatore; solo un ristretto gruppo di società è in grado di cimentarsi nella chimica del fluoro, ove è richiesta una tecnologia di produzione avanzata. I principali produttori sono: Ausimont DuPont Dyneon Daikin
www.dupont.com www.dyneon.com www.daikin.com
Principali produttori del prodotto finito 18
Gore
www.gore.com
MEDIA-TIC 2009, Barcellona, Spagna Committente: Progettisti: Enric Ruiz-Geli Studio Cloud 9 Consulenti al progetto: Prodotto: ETFE Produttore: Confezionatore: Installatore: Funzione dell’edificio: Centro per tecnologie ICT Superficie coperta: 23000mq Funzione della membrana: Rivestimento esterno
Il Media-Tic di Barcellona, ribattezzato “Digital Pedrera”, è un edificio eco-sostenibile che sarà in grado di risparmiare sino al 40% di energia grazie all’ utilizzo di materiali e tecnologie innovative. Il progetto, realizzato dall’architetto Enric Ruiz Geli, sorgerà all’interno del futuro quartiere tecnologico denominato “ 22@ Barcelona” , ambizioso progetto di trasformazione urbana che prevede lo sviluppo di un’area di circa 3,7 milioni di metri quadrati destinata ad ospitare spazi tecnologici per società all’avanguardia. L’edificio ospiterà un centro per le tecnologie ICT (Information and Communication Technologies). All’interno troveranno spazio anche uffici, aree espositive, un auditorium con 300 posti a sedere, ristoranti e negozi. Il progetto consiste in una struttura metallica principale a forma di cubo rivestita su tre lati di ETFE . Le caratteristiche del materiale permettono la penetrazione di luce naturale assorbendo inoltre il calore dei raggi solari di cui sfruttano le potenzialità energetiche. All’interno, tuttavia, la temperatura non diventa mai eccessivamente alta grazie ad una capacità di filtraggio ultravioletto pari all’85%. La manutenzione richiesta è poca grazie alla superficie antiaderente dell’ ETFE che difficilmente si sporca. Tratto distintivo del progetto sono dei “ rigonfiamenti “ sulle facciate rivestite in ETFE. Si tratta di cuscini d’ aria, cui si da forma per mezzo d un sistema pneumatico, che assolvono alla funzione di isolamento termico creando al tempo stesso zone di ombra sulla superficie. Tale sistema di cuscini gonfiabili consente di gestire l’esposizione dell’intera facciata semplicemente.
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P T F E
filiera produttiva PTFE 1 - MATERIALE DI BASE ESTRUSIONE Estrusione Fibre 2 - MATERIALE SEMILAVORATO TESSITURA Tessitura ad intreccio 3- MATERIALE FINITO RIVESTIMENTO Spalmatura FINISSAGGIO Laccatura 4 - CONFEZIONAMENTO MEMBRANA TAGLIO Patterning e Fitting Esecuzione Taglio GIUNZIONE Saldatura Giunzione mista 5 - INSTALLAZIONE-MANUTENZIONE-DISMISSIONE INSTALLAZIONE Imballaggio e trasporto Assemblaggio Collaudo MANUTENZIONE Pulitura Riparazione in situ Sostituzione DISMISSIONE Smaltimento Riciclo
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MEILENWERK 2006, Düsseldorf, Germania Committente: Insignium gebaute Marken GmbH Progettisti: Consulenti al progetto: Form TL Prodotto: ETFE Produttore: Ceno tech Confezionatore: Ceno tech Installatore: Ceno tech Funzione dell’edificio: Padiglione Superficie coperta: 2500 mq Funzione della membrana: Copertura
Il Meilenwerk è un museo dell’automobile che nel settembre del 2005, dopo il successo di Berlino, ha deciso di aprire una sede a Düsseldorf. E’ situata nel cuore della città, è un luogo all’interno del quale si può ritrovare un ambiente ideale alle auto d’epoca e ai loro amatori. In un’area di 19000 mq si susseguono numerosi padiglioni espositivi tra cui è stato ricavato uno spazio di circa 2500 mq coperto da una struttura pneumatica composta da cuscini di ETFE. Oltre alla trasparenza eccezionale e alla limitata dimensione del sistema portante in acciaio, la tecnologia pneumatica si è rivelata vantaggiosa per due motivi: la diffusione uniforme della luce, ottima per ambienti espositivi e la forma dinamica dei cuscini pneumatici. Essi, infatti, sono disposti a raggiera attorno ad un fulcro dove è situato il ristorante. Ogni cuscino è composto da 4 diversi strati di membrana, alcuni dei quali serigrafati in modo da filtrare la luce diretta che viene schermata per il 75% e diffusa per la restante parte. Per realizzare la copertura sono stati usati circa 10500 mq di membrana. Un sistema elettronico varia la pressione nei cuscini in caso di neve o nel caso di un irraggiamento eccessivo. La struttura è stata studiata per essere rimossa nella stagione estiva e costituisce un complesso unico nel suo genere in tutto il mondo
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PROCESSO DI ESTRUSIONE FILM Estrusione film
Prima che i granuli siano immessi nella macchina per estrudere, vengono essiccati in un deumidificatore per diverse ore alla temperatura di 115°C per evitare la formazione di bolle quando più tardi verranno riscaldate. Gli scarti del materiale prodotto, o il materiale riciclato possono essere mescolati in questa fase di produzione. Ci sono poi due processi di colorazione possibili: i granuli possono essere colorati direttamente in fase di confezionamento, oppure ai granuli di ETFE si mescolano granuli di pigmenti che si fondono durante l’estrusione. Nella prima fase d’estrusione, i termoplastici vengono sciolti per sfregamento. Nella seconda fase, il materiale viscoso è ulteriormente deumidificato in ambiente sottovuoto a 250°C e poi grazie alla zona ad alta pressione è filtrato attraverso un fine setaccio (diametro da 40 a 80 micron). Il fuso, sotto forma di film, esce obliquamente verso il basso; esso viene deposto su un cilindro di raffreddamento. In questo caso i film possono essere stirati nella direzione di estrusione a spessori da 8 fino a 15 µm. Mediante lo stiro e un postrattamento termico (termofissaggio) vengono migliorate la resistenza meccanica, la trasparenza, la densità di permeazione, la resistenza alle basse temperature e il comportamento elettrico. A film formato, un secondo estrusore più piccolo può venire aggiunto per rivestire il materiale di base con strati sottili di un altro materiale, nel processo chiamato di “coestrusione”. Questo processo è utilizzato, ad esempio, per realizzare pellicole che abbiano anche strati di protezione dai raggi UV. Questo adattatore è a sua volta attaccato ad ugelli che danno la forma al materiale semilavorato. I fogli singoli, doppi o multipli, a seconda del numero degli strati, vengono realizzati in base alla forma dell’ugello, e sono poi eventualmente rivestiti e tagliati. I prodotti semilavorati possono ancora essere trattati con stampa, rivestimenti metallici, diversi tipi di trattamento delle superfici. 22
CENTRO RICERCHE VENAFRO 1993,Venafro,Italia Committente: M & G ricerche Progettisti: Samyn & partners Consulenti al progetto: Prodotto: fibra di vetro/PTFE Produttore: Canobbio spa Confezionatore: Canobbio spa Installatore: Canobbio spa Funzione dell’edificio: Centro ricerche Superficie coperta: Funzione della membrana: Involucro, copertura
La forma dell’edificio principale, una grande tela in tensione al centro di un bacino d’acqua, richiama infatti il profilo delle montagne che incorniciano la vallata del fiume Volturno e individua con una forma leggera la presenza del Centro. L’idea della copertura in tessuto bianco nasce dall’esigenza di risolvere aspetti funzionali e riferimenti simbolici del progetto attraverso una struttura in grado di acquistare un’identità propria, quale segno caratterizzante di un contesto con il quale entra in perfetta simbiosi. L’involucro esterno è inscritto in una base quasi ellissoidale di 85 metri su 35. Una tensostruttura occupata da uffici e laboratori da un lato e da locali tecnici dall’altro. La copertura è sostenuta da sei archi simmetrici formati da un reticolo di cavi di acciaio che creano un’ossatura estremamente leggera. Gli archi sono collegati da sette membrane di forma paraboloide iperbolica in tessuto poliestere spalmato PVC. La tela è tagliata a forma di curva ai piedi degli archi dove si collega al profilo semicircolare di telai metallici vetrati che poggiano sul perimetro del basamento.
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Film soffiati
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Per i film in ETFE possono essere usati i processi termoplastici di estrusione convenzionali. La lavorabilità termoplastica del PTFE è infatti notevolmente migliorata aggiungendo una percentuale di etilene del 25% circa. Rispetto ai comuni termoplastici, è necessario adottare una velocità di estrusione inferiore, poiché è più bassa la soglia critica della velocità di scorrimento del polimero fuso. I film, utilizzati per coperture trasparenti di lunga durata, vengono lavorati per soffiatura mediante filiere anulari con perimetro del tubolare fino a 16 metri e spessori da 10 a 300 µm. All’uscita del fuso dalla fessura anulare, il film viene soffiato mediante aria portante al diametro desiderato del tubolare e, dopo il passaggio in un percorso di raffreddamento, reso piano mediante particolari apparecchiature ed avvolto. PROCESSO DI RIVESTIMENTO PER LAMINAZIONE Laminazione o calandratura Nel rivestimento per laminazione un film plastico riscaldato viene srotolato sul tessuto di base e successivamente fatto passare tra due cilindri caldi che pressano tutto l’insieme realizzando l’unione tra i componenti. Sullo strato esterno viene anche generalmente stesa una pellicola di lacca protettiva. Lo spessore del rivestimento ha un ruolo determinante nel garantire la curabilità della membrana. PROCESSO DI FINISSAGGIO CON STAMPA Stampa
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Tra le lavorazioni di finissaggio, la realizzazione di stampe sulle membrane può determinare sia un accrescimento della qualità estetica delle stesse che renderle supporto informativo (con messaggi di testo o grafici, loghi, etc.). Per coperture in film in ETFE, questi risultati possono essere raggiunti congiuntamente al miglioramento delle prestazioni energetiche: i
LA NUVOLA 2010, Roma, Italia Committente: Comune di Roma Progettisti: Massimiliano Fuksas Prodotto: Ptfe Produttore: Du Pont de Nemours and Company Confezionatore: Du Pont de Nemours and Company Installatore: Du Pont de Nemours and Company Funzione dell’edificio: Centro congressi Superficie coperta: 55mila mq Forma della struttura: Irregolare Funzione della membrana:Copertura, involucro di cavi di acciaio che creano un’ossatura estremamente leggera. Gli archi sono collegati da sette membrane di forma paraboloide iperbolica in tessuto poliestere spalmato PVC. La tela è tagliata a forma di curva ai piedi degli archi dove si collega al profilo semicircolare di telai metallici vetrati che pog giano sul perimetro del basamento.
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La struttura si presenta come un grande contenitore traslucido, sui cui lati trasversali si sviluppano due piazze aperte al quartiere e alla città: una di esse dialoga direttamente con il quartiere; la seconda è uno spazio modulabile a piacere con strutture mobili. All’interno dell’involucro, una struttura in acciaio e teflon, tessuto opalescente di giorno e brillante di notte, costituisce la vera e propria “nuvola”: una superficie di 10.000 metri quadri sulla quale si svilupperà un auditorium e verranno distribuite sale riunioni. Il Centro, inoltre, sarà dotato di ristoranti, spazi per i foyer, per un totale di 15.000 metri quadri. A reggere la struttura sarà una fitta maglia di nervature in acciaio. La nuvola, sospesa tra il soffitto e il pavimento della grande hall, offrirà una visuale diversa per ogni lato dell’edificio. L’involucro esterno caratterizzato da linee semplici e squadrate, che rendono omaggio all’architettura razionalista degli anni Trenta, quella che ha segnato il volto dell’EUR e del Centro Congressi di Adalberto Libera, contrasta con la forma libera della nuvola vera e proprio al suo interno. Il progetto, nato da un’idea di Massimiliano Fuksas, mentre osservava il cielo della Grecia, prevede un investimento da 137 milioni di euro, che saranno in parte finanziati dal governo e in parte stanziati dalla società vincitrice della gara d’appalto: la Centro Congressi Italia costruirà il complesso con la formula del project financing e avrà, in cambio, la gestione dell’opera per trent’anni. Il Palazzo Congressi nascerà su un’area di 27.000 metri quadri e sarà un parallelepipedo largo 75 e lungo 198 metri, in grado di ospitare 11.000 persone.
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i film in ETFE, solitamente trasparenti, possono essere stampati creando effetti grafici con colori e stampe in positivo/negativo; gli effetti positivo/negativo sono sfruttati per migliorare le prestazioni termiche delle membrane, permettendo di variare la risposta degli involucri in funzione delle variazioni di luminosità esterna. Ad esempio, si vedano le soluzioni adottate per gli interventi Festo Headquarters, Esslingen Stuttgart, Germany e Solarlux Showroom, Bissendorf, Germany in cui un ombreggiamento dinamico è ottenuto attraverso stampe in positivo/negativo su due degli strati di un sistema a tre fogli in ETFE confezionati in cuscini pneumatici: il semplice cambio di posizione degli strati modifica la trasparenza del sistema. PROCESSO DI TAGLIO DI PATTERNING E FITTING DEFINIZIONE DEL PROCESSO “Le membrane vengono prodotte in teli, avvolti su rulli standard generalmente di 1,50 m. Per realizzare la tipologia voluta è quindi necessario tagliare e unire diversi teli, secondo le specifiche di progetto e in modo da minimizzare gli sfridi, calcolare i punti di giunzione in modo che le caratteristiche della membrana non presentino discontinuità tali da pregiudicare la durata dell’opera, tenere conto dei diversi valori di resistenza dell’ordito e della trama.” (Hoepli, 1999) Il taglio dei teli è preceduto da una fase preparatoria di generazione di modelli di taglio (patterning) e di disegni di assemblaggio (fitting). Pattering e fitting
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“I modelli di taglio sono forme bidimensionali che, quando assemblate insieme e sottoposte a forze di pretensione, producono la superficie tridimensionale prevista. Nella progettazione dei modelli di taglio devono essere soddisfatti molti requisiti, che sono legati sia ad aspetti
fisici che architettonici. Il primo punto da considerare è l’orientamento dell’armatura del tessuto in relazione agli sforzi principali che interessano la membrana e, subito dopo, gli aspetti economici legati alla scelta di un certo materiale. Riguardo agli aspetti architettonici formali, è chiaro che il ritmo imposto dalle linee di giunzione svolge un ruolo importante sulla percezione della forma della membrana a doppia curvatura e tale qualità può essere sfruttata per ottenere un buon effetto spaziale complessivo.” (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007) La preparazione accurata dei modelli di taglio e i disegni di assemblaggio è effettuata in funzione della tolleranza indicata dalle specifiche di progetto. Le apparecchiature tecniche necessarie (EDP, programmi di taglio CAD/CAM) devono essere utilizzate con il supporto di ingegneri altamente specializzati. Per ottenere una produzione priva di difetti, i modelli di taglio e i disegni di assemblaggio devono essere forniti con tutte le informazioni richieste per ciascun dettaglio. I disegni dovrebbero includere riferimenti incrociati a tutti i componenti, per esempio corde, cavi, elementi in acciaio etc. affinché possano essere connessi a ciascun pannello. I progetti devono essere provvisti di note dettagliate, quote e tolleranze necessarie per assicurare la qualità del monitoraggio. Nella preparazione di questi disegni deve essere assicurato che ciascun modello possa essere tagliato dal rotolo come pezzo intero. Non è permessa la suddivisione di un singolo modello in pezzi più piccoli. Contemporaneamente ai modelli di taglio, devono essere preparati disegni di assemblaggio per gli accessori di chiusura e di collegamento tra la membrana e la struttura di supporto.” (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007)
PROCESSO DI ESTRUSIONE FIBRE DEFINIZIONE DEL PROCESSO “Con l’espressione estrusione si intende la fusione continua di materiale plastico e la sua forzatura attraverso una filiera di formatura con successivo raffreddamento per la produzione di semilavorati come profilati, lastre oppure film. Vengono usate per l’alimentazione materie plastiche sotto forma di granulato, polvere o anche mescole secondo formulazioni, poiché molte attrezzature di estrusione possono assolvere anche compiti di compoundizzazione.” (Saechtling, 2006)
Il prodotto, generalmente in polvere viene acquistato dai produttori di filato che lo sottopongono al processo di estrusione. Durante il processo di produzione del filato il materiale polimerico viene prima liquefatto in un ambiente privo di ossigeno e di umidità, quindi viene pressato attraverso una filiera contenente migliaia di piccoli fori da cui fuoriesce sotto forma di monofilamenti ed infine viene fatto solidificare in condizioni umide o secche. Le fibre in PTFE espanso sono prodotte attraverso un processo di riscaldamento e stiramento rapido che da luogo ad un materiale microporoso molto resistente.
Estrusione fibre di vetro Le fibre in vetro vengono prodotte per filatura con diLa maggior parte delle fibre man-made è realizzata per esametro compreso tra 1 e 8 micrometri, con resistenza alla trusione, forzando un liquido molto viscoso attraverso gli trazione da 8500 a 20000 kg/cmq. Tali fibre si ottengono orifizi di una filiera e formando un insieme di filamenti conattraverso tiraggio meccanico e soffiatura. tinui di un polimero allo stato semi-solido. Nello stadio iniziale i polimeri che costituiranno le fibre sono allo stato solido e quindi devono prima passare allo stato fluido che consenta l’estrusione. Questo avviene, di norma, attraverso la fusione, se i polimeri sono termoplastici, ovvero che si ammorbidiscono e fondono con l’apporto di calore, o sciogliendoli in un solvente se non termoplastici. La filiera è costituita, genericamente, da una piastra attraversata da numerosi e finissimi orifizi (da uno ad alcune centinaia di fori). Quando il filamento esce dalla filiera il polimero liquido passa prima ad uno stato gommoso e poi solidifica. Questa operazione va sotto il nome di filatura. Mentre le fibre stanno solidificando e, in alcuni casi, anche nello stato solido, i filamenti possono essere sottoposti ad un’azione di stiro e orientamento per incrementarne la resistenza. Le catene molecolari vengono così riunite tra loro ed orientate lungo l’asse della fibra, ottenendo un elevato incremento della resistenza.
Estrusione fibre
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Vetro/PTFE
Scheda Tecnica: TESSUTO IN VETRO/PTFE VITA UTILE RESISTENZA (KN/m) ALLUNGAMENTO A ROTTURA TRASLUCENZA INFIAMMABILITA’ TOSSICITA’ COSTO DEL TESSUTO
> 25 anni 124/100 Alto 10-20 % Classe A Produzione di fumi tossici 180 €/mq
Il tessuto in vetro/PTFE è un altro tessuto comunemente usato, che garantisce migliori prestazioni di durata e inerzia chimica verso agenti atmosferici e radiazione solare rispetto al tessuto in poliestere/PVC. La particolare traslucenza delle fibre di vetro lo rendono particolarmente adatto laddove siano necessari elevati livelli di illuminamento negli ambienti interni. Questo tessuto è largamente utilizzato negli edifici di carattere permanente in particolare per la copertura di stadi e per le attrezzature fieristiche. Le sue principali caratteristiche sono l’alta resistenza e la lunga durata che in genere supera i 25 anni. Il tessuto in vetro/PTFE viene prodotto in diversi spessori ed è classificato come non combustibile (punto di fusione a 350°C), quindi adatto ad essere impiegato per la realizzazione coperture di grandi strutture pubbliche. Non è colorabile, ma suo colore varia dal grigio sabbia nel momento in cui il prodotto esce dalla filiera produttiva ad un bianco candido se sottoposta alle radiazioni solari per circa 4-6 mesi. L’effetto di sbiancamento permette alla radiazione solare di entrare in modo consistente illuminando diffusamente gli interni riflettendo al contempo la componente termica. La grande inerzia chimica del polimero e l’elevata resistenza agli attacchi delle sostanze più corrosive
come l’acido cloridrico, solforico, fluoridrico, lo rendono particolarmente adatto alla funzione di rivestimento protettivo delle fibre di vetro che tendono a perdere la loro resistenza a trazione in condizioni di elevata umidità. Il tessuto è contraddistinto da buoni livelli di traslucenza alla luce solare (circa il 24%), mentre le proprietà riflettenti si aggirano intorno al 70%. Composizione del tessuto La fibra di vetro è ottenuta dalla fusione ad alta temperatura della sabbia silicea unita ad altri minerali. La qualità del tessuto incide profondamente sulle caratteristiche di resistenza. Un tessuto in fibra di vetro viene descritto da alcuni parametri quali : Grammatura: si esprime in g/mq e può variare da 18 fino a 400 g/mq. La regolarità della grammatura e dello spessore sono determinanti per la resistenza del tessuto poiché assicurano buona continuità di propagazione degli sforzi; Composizione: determinata da n°fili/cm sia in ordito che in trama. I tessuti possono essere bilanciati, ovvero con la stessa quantità di fili nei due sensi, oppure unidirezionali orientati, con più fili in ordito o in trama. In particolare questo a seconda viene utilizzata per incrementare la resistenza in una particolare direzione; Appretto o Finish: i tessuti ricevono un trattamento che aumenta la bagnabilità delle fibre e ottimizza l’aderenza con la spalmatura finale. L’appretto più diffuso è composto da silani, che aumentano la resistenza della fibra consentendo il mantenimento delle sue proprietà meccaniche; Armatura : è il modo in cui viene realizzato l’intreccio trama/ordito. Il tipo di armatura a parità di fili, non influisce sulla resistenza meccanica di un tessuto, ma gli conferisce un diverso grado di rigidità e deformabilità.
PROCESSO DI TESSITURA A INTRECCIO
previene i successivi rilassamenti del materiale.” (AAVV, Hoepli, 1999)
DEFINIZIONE DEL PROCESSO Mediante la tessitura i fili vengono combinati a formare i tessuti, strutture ad orientamento generalmente biassiale in direzione dell’ordito e della trama. Per ordito si intendono i filamenti orientati nella direzione del rotolo del tessuto, per trama i filamenti nella direzione ortogonale all’ordito. Generalmente dopo la tessitura viene applicato un finissaggio per aumentare la compatibilità fisica e chimica tra tessuto e successivo rivestimento.
Tessitura ad intreccio “I tessuti di base sono generalmente realizzati inserendo i fili di trama tra due strati di fili di ordito, a 90° rispetto ai fili di ordito, seguendo una costruzione disegnata dal numero di fili per cm e un modello di tessitura. I modelli di tessitura principali usati per le membrane sono la tessitura semplice oppure la tessitura a cesto (o panama). L’increspatura è minore nella tessitura panama.” (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007) “La struttura intrecciata blocca i filamenti dell’ordito e della trama conferendo stabilità al materiale. I filamenti della trama e dell’ordito non sono completamente distesi ma, nel sovrapporsi alternativamente, si incurvano, dando forma alla cosiddetta “ondulazione interscambiabile”, aumentando così la deformabilità del tessuto. Normalmente il materiale è sempre più resistente nella direzione dell’ordito ed ha in tal senso un allungamento inferiore. Spesso i tessuti subiscono un processo conosciuto come prestiramento, che consiste nel caricare biassialmente il tessuto, imprimendo così una deformazione anelastica, che 29
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PROCESSO DI ESECUZIONE DEL TAGLIO
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Esecuzione del taglio “I singoli pezzi possono essere tagliati a mano usando temperini rigidi o attraverso laser comandati da macchine computerizzate. Durante il taglio la superficie del materiale deve essere monitorata per localizzare zone che presentano imperfezioni. Queste parti difettose devono essere eliminate in modo tale che non vengano usate nuovamente. Un pannello campione dovrebbe essere conservato per confermare da un lato la correttezza dimensionale di ciascun pezzo, e dall’altro per registrare le tolleranze dello spessore del rivestimento, la dimensione e la posizione dei nodi di tessuto, le più piccole variazioni cromatiche. I singoli pezzi di tessuto dovrebbero essere contrassegnati con appositi marchi, seguendo lo schema distributivo del pannello, così da essere collocati correttamente all’interno del pannello stesso.” (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007) Taglio laser “Il taglio laser viene oggi adottato in differenti settori industriali ed artigianali per la lavorazione di una molteplicità di materiali base o loro succedanei, tra i quali legno, tessuto, carta, plastiche, metallo. I vantaggi di questa tecnologia sono: l’elevata produttività, l’accuratezza di realizzazione, l’assenza di contatto tra utensile e pezzo, l’elevata velocità e ripetibilità di processo, la flessibilità, riduzione degli scarti di produzione e per ultimo ma non meno importante il contenimento dei costi di esercizio.” (SEI spa)
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PROCESSO DI FINISSAGGIO PER LACCATURA DEFINIZIONE DEL PROCESSO Per finissaggio di un tessuto tecnico si intendono quelle operazioni di trattamento superficiale che rifiniscono il tessuto rivestito (materiale di base più rivestimento primario) migliorandone proprietà quali la resistenza agli agenti atmosferici, la facilità nelle operazioni di pulitura, la qualità estetica. Laccatura Attraverso la laccatura il tessuto rivestito viene finito con l’applicazione di uno strato superficiale protettivo (detto anche top coat), particolarmente resistente agli agenti atmosferici e ai raggi UV ed in grado di aumentarne la resistenza allo sporco e facilitarne la pulibilità. “Il trattamento superficiale è specifico, in relazione alla natura chimica dei rivestimenti, in modo da permettere la giunzione e la sigillatura di pannelli di tessuto diversi (oltra alla stampa dove necessario), grazie alla compatibilità chimica dei singoli componenti. Il rivestimento superficiale è generalmente costituito da materiali polimerici. Per i tessuti in fibra di vetro/ptfe si usa il fluoroetilenepropilene (fep). Nel 2006, è stato messo a punto un innovativo sistema di laccatura, adatto per i tessuti in fibra di vetro /ptfe, a base di biossido di titanio, allo scopo di migliorare la bellezza del tessuto nel tempo.” (Forster, Mollaert, Zanelli 2007) Il processo avviene attraverso un cilindro rotante a più punti scabro, che viene imbevuto per immersione in una vasca e spalma il tessuto in movimento su rulli trasportatori.
PROCESSO DI RIVESTIMENTO PER SPALMATURA DEFINIZIONE DEL PROCESSO Il rivestimento di un tessuto tecnico si ottiene accoppiando il tessuto di base - prodotto tessile in stato di semilavorato - con prodotti che ne migliorino le prestazioni in termini di resistenza alle sollecitazioni meccaniche, al fuoco ed agli agenti atmosferici, la durabilità, la manutenibilità e le qualità estetiche. I materiali di rivestimento possono essere allo stato fluido, più o meno denso (spalmatura, impregnazione), o in film (laminazione). Nello stabilimento di spalmatura di concludono le operazioni prettamente industriali del processo. Allo spalmatore affluiscono due tipologie di prodotti: il tessuto grezzo, e il PTFE in polvere con relativi additivi per la preparazione della miscela ottimale per il rivestimento. Il processo di spalmatura è una delle fasi più delicate della filiera produttiva in quanto un rivestimento realizzato in modo non adeguato può pregiudicare le prestazioni in opera, la resistenza agli agenti atmosferici e il risultato estetico del tessuto. Esistono diverse tecniche di rivestimento del tessuto e la loro differenza dipende principalmente dalla viscosità del materiale utilizzato. Le principali fasi sono : - Preparazione delle mescole e del dosaggio - Filtraggio - Colorazione - Disareazione - Spalmatura: avviene per fasi distinte, a volte realizzate da una unica macchina. Il processo parte con il posizionamento del tessuto grezzo in un subbio che permette il controllo visivo per verificare la presenza di eventuali difetti ed imperfezioni. La tipologia di spalmatura più comune è del tipo a lame
in aria, (con racla), ovvero il tessuto per immersione viene spalmato in aderenza con una vasca contenente la mescola. Un braccio meccanico mescola in continuazione la mescola per evitare che si stratifichi. I diversi tipi di spalmatura sono adottati in base alle caratteristiche del tessuto. Attraverso la spalmatura i tessuti vengono rivestiti con apposite miscele fluide di prodotti chimici. L’applicazione potrà essere differente a seconda delle esigenze, il prodotto chimico dovrà cioè poter formare uno strato superficiale oppure penetrare all’interno della struttura del tessuto, al fine di garantire le differenti caratteristiche di resistenza e di aspetto richieste. Per ottenere un risultato ottimale lo strato di prodotto chimico applicato dovrà essere il più uniforme possibile sia come quantità che come distensione su tutta l’altezza del tessuto trattato. Molto diffusa è la spalmatura di PVC su tessuto in poliestere. - Passaggio nel primo forno - Primo banchetto di spalmatura - Secondo banchetto di spalmatura - Secondo forno - Verifica e controllo del tessuto
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PROCESSO DI GIUNZIONE CON FORMATURA DI CUSCINI Formatura cuscini Membrane di tessuto tecnico possono essere tagliate e sovrapposte in più strati giunti ai bordi; tra i diversi strati viene quindi effettuato il gonfiaggio pneumatico che porta alla formazione di cuscini chiusi, isolati ed a pressione costante. Possono essere interposte anche più camere d’aria, tra loro separate, aumentando così l’isolamento termico del cuscino: nelle camere d’aria separate, infatti, il movimento convettivo dell’aria è inferiore a quello che si verificherebbe all’interno di un’unica camera d’aria. I cuscini pneumatici sono comunemente costituiti da membrane in poliestere / PVC, ma possono essere realizzati anche completamente trasparenti, usando film in ETFE.
Cuscini in ETFE “Gli elementi possono essere stabilizzati attraverso una sovra-pressione leggera tra gli strati individuali. Gli elementi gonfiati prevengono la perdita di trazione nella copertura. Inoltre le camere d’aria provvedono a dotare il sistema di copertura di elevate proprietà di isolamento termico. Comunque, il sistema non influisce sulle proprietà strutturali, come nel caso delle strutture pneumatiche per le quali una caduta nella pressione interna provocherebbe il collasso della struttura. I fogli in ETFE possono essere molto sottili (da 0.1 a 0.2 mm) dotando comunque il sistema di copertura trasparente di un’alta resistenza data dalle notevoli proprietà meccaniche del materiale. Il rigonfiamento del cuscino rispetto al livello neutro di assemblaggio può essere circa del 10% della lunghezza di ogni elemento.” (Foiltec) 32
PROCESSO DI GIUNZIONE MISTA Giunzione mista “Le giunzioni realizzate con una combinazione di cucitura e saldatura possono offrire un livello maggiore di sicurezza, soprattutto per quelle strutture situate in climi caldi, dove le temperature del tessuto possono raggiungere facilmente i 70° C. Dopo aver cucito una linea di giunzione, è possibile apporre uno strato addizionale di tessuto che ricopra la cucitura, per renderla a tenuta d’acqua e per proteggerla dai raggi UV. La striscia saldata sopra una giunzione cucita non rende il collegamento più resistente ma più sicuro. Dal momento che la resistenza di una saldatura tende a diminuire all’aumentare della temperatura che indebolisce lo strato di rivestimento del tessuto, se si applica anche una giunzione cucita si garantisce una maggiore resistenza al collegamento tra i lembi di tessuto. Una giunzione mista offre inoltre una resistenza appropriata alle forze applicate perpendicolarmente al bordo della giunzione, che potrebbero provocare un cedimento per “spellatura”. Le giunzioni miste sono più costose della semplice sovrapposizione saldata e possono essere applicate solamente a materiali che sopportano l’azione di cucitura.” (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007) I tessuti in fibra di vetro/PTFE, infatti, non possono essere bucati in quanto, in caso di pioggia, l’acqua penetrerebbe nei fori dilavando gli amidi che compattano i filamenti e abbattendo così la resistenza del materiale. Eventuali fori devono essere realizzati entro una bordatura e cerchiati con metallo.
PROCESSO DI GIUNZIONE PER SALDATURA DEFINIZIONE DEL PROCESSO Le giunzioni rappresentano il collegamento lineare tra pannelli di membrana adiacenti. “I più comuni sistemi di giunzione strutturale dei teli sono la cucitura, la saldatura, l’incollaggio o anche sistemi misti come cucitura/ saldatura. Per unire le membrane con altri elementi strutturali (ad esempio cavi metallici di ancoraggio) sono anche utilizzati collegamenti meccanici (morsetti, graffe, occhielli etc.)” (Hoepli, 1999) Saldatura “Le giunzioni saldate vengono utilizzate con più frequenza rispetto a quelle cucite, per la loro intrinseca impermeabilità all’acqua e per la possibilità di eseguire specifici controlli durante la loro realizzazione industriale. Le saldature sono generalmente eseguite sui bordi dei lembi di tessuto semplicemente sovrapposti. Attraverso le giunzioni saldate, le forze di trazione interne alla membrana devono essere trasferite da un lembo a un altro, attraverso il loro strato di rivestimento. Mentre le giunzioni cucite prevedono un collegamento meccanico tra i due lembi del tessuto, il processo di saldatura prevede la connessione chimica tra i rivestimenti dei tessuti e pertanto le saldature sono considerate più resistenti e più adatte per confezionare membrane soggette a stati di pretensione.” (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007) “La resistenza della saldatura dipende dalla buona aderenza dello strato di rivestimento al tessuto, dalla sufficiente larghezza del giunto (2÷4 cm) e, a differenza della cucitura, dalla temperatura di esame della giunzione. Al di sotto di 20°C la resistenza dei giunti aumenta, mentre decresce proporzionalmente all’aumentare della temperatura.” (Hoepli 1999) Per collegare pannelli di tessuto in fibra di vetro/PTFE
si utilizza il metodo di saldatura a caldo, da eseguirsi in laboratorio Mediante ferri riscaldati, da utilizzarsi a mano, per riparazioni con toppe in loco.” (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007) La saldatura dei pannelli in fibra di vetro/PTFE avviene a temperature più alte che per i pannelli in poliestere PVC, a causa del più alto punto di fusione del PTFE (che il vetro riesce a sopportare). Dopo la fusione occorre comprimere e raffreddare velocemente il PTFE. Il tessuto non può essere forato perché, in caso di pioggia, l’acqua nei fori dilaverebbe gli amidi che compattano i filamenti e abbattendo così la resistenza del materiale; per tale motivo i fori sono realizzati entro una bordatura e cerchiati con metallo. La saldatura a caldo viene utilizzata anche per i tessuti in PTFE espanso/ PTFE, con un metodo simile a quello adottato per i tessuti in vetro/PTFE. I bordi da unire vanno preparati formando un’area leggermente abrasa. Un nastro viene collocato sull’area di giunzione di un orlo di tessuto (può esservi fissato con un piccolo ferro caldo), sul nastro viene quindi collocato l’altro orlo (anche questo fissato se necessario). Vengono quindi applicati calore e pressione per produrre la saldatura (in genere 230° C per 45 secondi con il calore da un lato, o 190°C per 30 secondi se scaldato dall’alto e dal basso con pressione da 35 a 70 kilopascals ). “La resistenza della saldatura alla temperatura ambiente è generalmente pari al 90-95% della resistenza del tessuto. Ad elevate temperature (sui 70 C°) la resistenza della saldatura scende al 60-70% di quella a temperatura ambiente.” (Kelmartin, Gore, 2003)
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T E C H
INSTALLAZIONE
DEFINIZIONE DEL PROCESSO
L’installazione delle membrane tensili, insieme agli altri elementi che costituiranno l’edifico, conclude la prima fase del processo edilizio portando ad ultimazione l’intervento e rendendo utilizzabile l’organismo edilizio. A questa fase seguirà quella gestionale (lungo tutto l’arco di vita dell’edificio stesso). All’interno del processo di installazione includiamo le fasi di imballaggio della merce e trasporto in cantiere, quella di assemblaggio e quella di collaudo.
Imballaggio e trasporto
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“Il trasferimento delle membrane confezionate dal produttore agli installatori comprende le operazioni di imballaggio nel sito produttivo e quelle successive di trasporto. La fase di imballaggio deve essere direttamente preceduta da un’ispezione del materiale da inviare, con relativa stesura di rapporto. Il controllo deve essere effettuato anche sullo stoccaggio della merce perché potrebbe determinare delle variazioni nelle caratteristiche delle membrane confezionate. In questa fase, necessitano di essere controllate le dimensioni minime dei pannelli, così come la lunghezza delle saldature dei bordi e dell’ingombro di trasporto. In più, devono essere controllate tutte le misure specificate durante tutta la pianificazione del lavoro. Una ispezione visiva prima dell’imballaggio assicura che la membrana sia priva di eventuali danni meccanici, pulita da fluidi impregnanti e coloriture improprie, e che tutti i rinforzi e i giunti siano correttamente saldati. “ (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007) Tutti i documenti che riportano i risultati delle verifiche effettuate durante l’intero ciclo produttivo dovreb-
bero essere inclusi nei documenti di progetto e conservati fino alla fine del periodo di garanzia dell’edificio. “I singoli elementi della membrana devono essere confezionati in accordo con le istruzioni di imballaggio (piani di piegatura, specifiche sui marchi, tipo di imballaggio, piano di trasporto) in modo da evitare qualsiasi danno e da facilitare la loro identificazione in situ. Per evitare qualsiasi sfregamento durante il trasporto, ciascun componente preassemblato della membrana deve essere imballato con un rivestimento in materiale protettivo, e deve essere marchiato in modo visibile per facilitare l’identificazione in cantiere.” Tutti gli elementi vanno controllati, marchiati individualmente e imballati nei contenitori per le spedizioni. “Particolare attenzione deve essere posta nelle operazioni di movimentazione, piegatura e imballaggio delle membrane in vetro/ptfe a causa della elevata fragilità alla piegatura delle stesse. Le membrane imballate non devono essere pressate né in deposito né durante il trasporto in treno o in autocarro.” (Forster, Mollaert, Zanelli, 2007)
Assemblaggio “L’assemblaggio avviene in conformità al piano di assemblaggio messo a punto in fase progettuale tenendo conto sia dei dettagli strutturali e delle connessioni che delle possibili condizioni di posa in opera e degli eventuali slittamenti o rotazioni di alcuni punti durante il montaggio stesso. Si procede quindi con il disimballo e la contestuale verifica della completezza ed integrità del materiale, in genere posando la membrana su di un telo protettivo, rispettando le indicazioni di piegatura e dispiegamento. La membrana può essere quindi sollevata seguendo le istruzioni di installazione del supervisore, in accordo con le norme di sicurezza e in condizioni atmosferiche opportune.
FONTI
www.floornature.it www.archiportale.com www.behance.net www.architetturatessile.polimi.it www.wikipedia.it www.iwan.com A.A.V.V., Quaderni del manuale di progettazione edilizia: i materiali sintetici, Hoepli editore, Milano, 2003. B. Forster, M. Mollaert, Tensinet, “Progettare con le membrane�, Edizione italiana a cura di A. Zanelli, Maggioli Editore, 2007, Milano
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