Esperienza di progettazione con il Vivinox(Studio Majowiecki

Progettazione concettuale-preliminare, definitiva ed esecutiva di un ponte di terza categoria (passerella
ciclo-pedonale) per l’attraversamento dell’autostrada Bologna-Padova.
Il progetto concettuale di architettura strutturale ha tenuto in particolare considerazione i vincoli funzionali,
ambientali ed economici imposti dalla committenza. In funzione di queste ipotesi progettuali, è stato elaborato un
progetto preliminare consistente, principalmente, in una analisi tipologica comparativa.
Le tipologie strutturali esaminate sono le seguenti:
 ad arco con impalcato sospeso da tiranti in fune;
 ad impalcato sospeso con strallatura assimetrica e pilone inclinato;
 a cavalletto e strallatura interna con stabilizzazione di impalcato a tensostruttura a doppio effetto,
presollecitata, con funi a curvature contrapposte.
I risultati della progettazione concettuale sono stati illustrati mediante tecniche interattive grafiche, modellazione
solida 3-D e simulazione di impatto ambietale.
Sulla base dei risultati ottenuti, sottoposti all’approvazione della Committenza, è stato espresso parere preventivo
favorevole alla soluzione che adotta un sistema strutturale a cavalletto con spinta eliminata e strallatura interna.
Questa soluzione permette, inoltre, di minimizzare i tempi di montaggio che sono di particolare importanza data la
collocazione urbanistica.
La fase di progettazione definitiva, è stata eseguita su diverse sottotipologie in modo da potere ottimizzare la
disposizione plano-altimetrica ed i parametri strutturali fondamentali nonchè rendere compatibile, rispetto al livello
estetico desiderato, l’analisi dei costi della realizzazione con il budget preliminare.
La soluzione strutturale, adottata per essere sviluppata in sede di progettazione esecutiva, consiste essenzialmente
in:
 un sistema principale portante di cavalletti a contrasto e spinta eliminata;
 un sistema di funi strallate di sostegno dell’impalcato;
 un sistema di stabilizzazione trasversale a tensostruttura a doppio effetto con funi a curvature
contrapposte;
 un sistema fondazionale formato da spalle in calcestruzzo armato su rilevato.
Il sistema portante principale
Il sistema portante principale è costituito da due cavalletti ad “A”, inclinati , contrastati in mezzeria, in modo da
superare, tra le imposte, circa 90m di luce libera con 20m di freccia. L’altezza minima dell’intradosso
dell’impalcato è a quota superiore di 6m. rispetto al livello dell’autostrada.
I cavalletti sono divaricati, in corrispondenza delle imposte di circa 10m. e la spinta, generata dal meccanismo
portante molto simile ad un’arco a tre cerniere, viene equilibrata da un sistema di funi spiroidali di acciaio ad alta
resistenza. La “catena”, coincidente con l’impalcato, presenta una monta del 3% della luce libera, ottenuta
mediante la configurazione geometrica ed il mutuo contrasto con il sistema di strallatura interno.
Le aste dei cavalletti sono realizzate in acciaio Fe 510 D a sezione scatolare mediante saldatura automatica di piatti
di vario spessore. Le aste sono sagomate a sezione variabile in modo da ottenere una configurazione ottimale
rispetto alla sollecitazione di pressoflessione ed ai problemi di stabilità nel piano e fuori dal piano principale di
flessione.
Il sistema portante secondario o locale
Il sistema portante secondario é costituito da un sistema di stralli ed un sistema di “catene” in piatti. I primi,
convergenti in chiave ed aperti a ventaglio sostengono l’impalcato in collaborazione con le “catene” in piatti.
Le funi di strallo sono di tipo spiroidale, con fili elementari ad alta resistenza (r 1600 N/mm²), protette contro la
corrosione mediante zincatura di classe B (s 300 gr/m² ), di diametro nominale 40mm e =28mm.
Gli stralli si ancorano nella confluenza delle funi stabilizzanti e dei traversi trasversali orditi ad interassi costanti di
5m.
Il sistema stabilizzante
In corrispondenza del perimetro esterno dell’impalcato vengono disposte le funi stabilizzanti a curvatura
contrapposta (4 per parte), di diametro 42mm. dotate di uno sforzo coattivo di pretensione iniziale di 4 x 305 kN.
Le funi stabilizzanti sono dotate di componenti di curvatura nei piani verticale ed orizzontale in modo da ottenere
una risposta efficace contro le azioni dei carichi gravitazionali e le azioni di lift (sollevamento) e drag
(trascinamento) indotte dal vento.
Nel piano verticale le funi stabilizzanti sono collegate agli stralli intermedi tramite travi-puntoni trasversali ed
agiscono quale catena di eliminazione della spinta generata dal meccanismo principale ad arco. La curvatura delle
funi nel piano verticale, ottenuta con una freccia in mezzeria pari al 3% della luce libera, permette di indurre uno
stato di presollecitazione iniziale in presenza dei carichi permanenti.
In pianta, le funi seguono l’andamento variabile dell’impalcato che ha una larghezza minima centrale di 2.50m fino
a 10m alle imposte.
Il sistema fondazionale
Il sistema strutturale genera alle imposte sforzi con prevalente componenti verticali. Le reazioni di tipo orizzontale
dipendono essenzialmente dalle componenti di drag longitudinale e trasversale indotti dall’azione del vento e dal
pseudosisma (intensità sismica s=6) considerato come carico dinamico di riferimento minimo per il
dimensionamento dei sistemi controventanti e vincoli cardinali.
Le reazioni esterne del sistema strutturale in elevazione sono equilibrate da due spalle aperte in c.a., coperte da
rilevato in terra armata in modo da minimizzare l’impatto visivo. La fondazione è di tipo profondo su pali trivellati.
Il sistema di vincolamento esterno
Oltre ai quattro vincoli verticali posizionati ai piedi del cavalletto che garantiscono l’equilibrio alla traslazione
verticale ed alla rotazione attorno ad assi orizzontali, sono disposti sulla sommitá delle spalle di fondazione:
a) 2 vincoli alla traslazione orizzontale trasversale, posizionati sull’asse longitudinale della passerella;
b) 4 vincoli alla traslazione orizzontale longitudinale: 2 (sul lato verso il comparto Dozza) di tipo fisso, 2 (sul lato
verso Via Tuscolano) sottoforma di smorzatori viscoelastici del tipo Domain-Jarret. Quest’ultimi permettono i
movimenti orizzontali dei piedi del cavalletto indotti dalla variazione di lunghezza della catena principale per
effetto di azioni “lente” quali carichi da folla, neve, e variazioni termiche, mentre impediscono, bloccandosi
dopo pochi mm di escursione, i movimenti indotti da azioni “rapide” come l’azione del vento e quella
“sismica”.
Osservazioni sulla risposta vibrazionale dellle passerelle pedonali
Le passerelle pedonali in generale presentano un basso rapporto tra carichi permanenti e carichi accidentali e, allo
stesso tempo, notevoli luci libere. In queste condizioni, i sistemi e le tipologie strutturali normalmente impiegati
per i ponti pedonali, hanno una risposta dinamica caratterizzate da frequenze naturali di vibrazione molto vicine
alle frequenze di sensibilità humana (Vibration Upgrading of Gimnasia, Dance Halls and Footbridges- Structural
Engineering International 2/92; Dynamic Behaviour of Footbridges- G.P. Tilly, R. Eyre).
Dalla letteratura tecnica viene consigliato di evitare i range di frequenze compresi tra 1.6  2.4 Hz. e tra 3.5  4.5
Hz. L’aspetto prestazionale, a livello di “human comfort”, viene considerato dall’Eurocodice n°3 Design of Steel
Structures - Part2:Steel Bridges, quale stato limite di servizio (vedi punto 4.1 e 4.9).
Data la leggerezza della tipologia strutturale adottata ed i bassi valori di smorzamento ottenibili per le strutture
metalliche, le caratteristiche vibrazionali del sistema strutturale saranno controllate in sede di collaudo in accordo
con il punto 3.8 del D.M. 4 Maggio 1990 ed il punto 8 -“ Design assisted by testing - tests during execution in
order to take account of actual conditions experienced e.g. for measurements of frequencies, or damping”.
La progettazione esecutiva prevede, nel caso di necessità avvertita in sede di collaudo, la predisposizione per il
collegamento di un sistema TMD (tunned mass dampers) in modo da potere modificare, in corso d’opera, le
caratteristiche meccaniche della struttura e, conseguentemente, evitare il tipico fenomeno di vibrazioni, in
risonanza, generate dalla attività antropica.
Prescrizioni tecniche riguardanti le operazioni di montaggio e messa in servizio
Date le particolari condizioni di traffico, il montaggio della passerella è previsto da essere eseguito nella zona lato
via Tuscolano, indipendentemente dalla viabilità e di essere posizionata sulle spalle in c.a., completamente finita,
mediante movimentazione notturna. Con questa operazione, permessa dalla favorevole situazione di cantiere, si
intenede minimizzare le incertezze condizionanti il piano di sicurezza in fase di progettazione ed esecuzione e la
durata di impedimento al traffico.
Comune di Bologna – Copertura convertibile della piscina olimpica “Carmen Longo”
Progetto esecutivo – Relazione strutturale
Impianto natatorio denominato “Carmen Longo”.
1 Premessa - descrizione dell’intervento
La costruzione, eseguita nel 1929, è soggetta, da parte della Sovraintendenza ai Beni Culturali ed Ambientali, a
vincolo conservativo dello stato di fatto ed al controllo etico ed estetico per quanto riguarda la variazione di stato
prodotta dall’intervento progettuale architettonico-strutturale, oggetto della presente relazione illustrativa.
La nuova copertura permetterà l’uso continuativo dell’impianto esistente, integrando le attuali risorse Comunali del
settore e permettendo una migliore e continua manutenzione nel tempo.
1.1
Lo stato attuale
L’impianto natatorio insiste su un’area di circa 3000 mq. con una configurazione in pianta di tipo rettangolare ad
angoli arrotondati di 68x48m di dimensioni esterne. La piscina di 50x25m., è contornata su tutto il perimetro da
tribune in c.a. fino ad una altezza di 7m.
Le strutture portanti delle tribune sono costituite da telai trasversali in c.a. a due campate, di ampiezza totale 7.50m
circa posti a distanza reciproca massima di 5.55m circa; sopra i telai sono disposte le gradonate, realizzate in c.a..
Dal punto di vista architettonico, l’impianto è caratterizzato esclusivamente dalla configurazione del paramento
murario perimetrale esterno, in buono stato di conservazione. All’interno dell’edificio, al contrario, non esiste uno
stile architettonico; le strutture delle tribune sono realizzate con semplici sezioni di tipo rettangolare lasciate in
vista, senza nessun valore aggiunto nè di tipo strutturale nè estetico-ornamentale.
Dal punto di vista del restauro e rinforzo strutturale delle strutture in c.a. esistenti, prima di procedere con la
progettazione esecutiva, é stata eseguita una identificazione dello stato di conservazione, del rilievo delle armature
e delle attuali caratteristiche meccaniche dei materiali.
1.2
Il progetto strutturale
Le ipotesi progettuali principali , in funzione delle quali è stato eseguito il progetto preliminare, definitivo ed
esecutivo della copertura della piscina olimpica e delle tribune esistenti, sono:
·
minimizzazione dei volumi esterni di copertura;
·
compatibilità storica, formale e tipologica, delle strutture di copertura;
·
compatibilità architettonica tra i materiali di copertura ed il paramento murario esistente;
·
convertibilità parziale della copertura;
·
illuminazione naturale e contributo energetico solare dalle zone sud-est di copertura.
In modo da ottimizzare i requisiti progettuali ed il rispetto dei vincoli architettonici presistenti, è stata adottata una
soluzione tipologica di copertura mobile formata dalle seguenti sottostrutture:
·
una trave longitudinale portante principale;
·
un sistema di travi armate trasversali;
·
un sistema di panelli fissi e mobili di copertura.
Tenendo in considerazione le possibilità portanti della struttura esistente e la minimizzazione delle opere di
rinforzo strutturale richieste dalle azioni generate dalla nuova copertura, il sistema strutturale prevede una trave
principale di sostegno, ordita in senso longitudinale, con una luce libera di 70m. ed una altezza di circa 4.5m. La
tipologia adottata per la trave è di tipo reticolare spaziale a sezione triangolare con vertice rivolto verso il basso,
formata da due correnti superiori distanti 7m e due correnti inferiori accostati. La trave ha altezza 4.5m. Le aste di
parete (montanti e diagonali sono disposti in modo da avere un nodo ogni 4.167m nei correnti superiori e ogni
2x4.167m nel corrente inferiore. I correnti superiori sono in profili cassonati composti mediante piatti saldati, i
correnti inferiori sono in profilo di tipo aperto composti mediante piatti saldati, le aste di parete in profilo aperto di
tipo laminato.
Studio Tecnico Majowiecki – 08 Novembre 2002 - pag. 5/8
Comune di Bologna – Copertura convertibile della piscina olimpica “Carmen Longo”
Progetto esecutivo – Relazione strutturale
Tale forma permette, al suo interno, il posizionamento dei condotti di termoventilazione, dell’illuminazione e della
televisione zenitale.
La trave principale, sará appoggiata in corrispondenza di pilastri in tubi circolari riempiti di c.a. (2 per parte) sulle
facciate nord e sud. Il posizionamento di questi pilastri tiene conto della posizione delle aperture (porte e/o finestre)
presenti in facciata e, in fondazione, delle strutture fondali esistenti che andranno ampliate per reggere le reazioni
vincolari indotte dai carichi.
In corrispondenza dei nodi di estradosso della trave portante longitudinale vengono appese le travi trasversali ordite
in direzione trasversale (est-ovest). Le strutture trasversali hanno un interasse costante di 4.167m e tipologicamente
possono essere definite come travi armate da funi spiroidali ad alta resistenza; il corrente superiore è formato da 2
profili in acciaio tipo IPE 400 accostati in modo da costituire una sezione trasversale composta di tipo scatolare. La
catena é invece formata da due funi con diametro 22mm aventi alle estremita’ capocorda fissi. La tesatura avverrá
in corrispondenza della sella centrale attraverso spessoramento con piatti.
Sopra la trave reticolare principale, sono orditi trasversalmente con passo 4.167 m gli arcarecci principali in tubo
rettangolare e perpendicolarmente a questi, gli arcarecci secondari di uguale sezione e con interasse pari a 1.4m
circa su cui vengono fissati i dispositivi di ancoraggio dei pannelli in vetro.
Nelle zone nord e sud i pannelli di copertura sono di tipo fisso. Nella zona sud la copertura sarà eseguita con un
deck formato da lamiere grecate d’acciaio inox colorato tipo VERNEST della ThyssenKrupp sopra le quali si
disporrà una barriera al vapore, uno strato isolante ed uno strato impermeabilizzante eseguito con lamiera in zincotitanio o rame . Per la copertura della zona nord si adotta un vetro strutturale serigrafato.
La convertibilità stagionale della copertura si ottiene mediante la mobilizzazione dei pannelli di copertura della
zona centrale. Le due porzioni di copertura divise dalla trave principale vengono divise in due settori: il primo
settore esterno é fisso mentre il settore interno é guidato da un sistema di movimentazione elettrico con cinghie di
tiro.
Entrambi i settori (mobili e fissi) saranno realizzati con pannelli in lamiera inox colorato.
L’acciaio utilizzato per le strutture é Fe 510 grado C per la trave reticolare principale e Fe 430 grado C per le altre
sottostrutture (vedere il p.to Errore. L'origine riferimento non è stata trovata. per le specifiche di dettaglio).
Nelle immediate vicinanze dell’edificio si prevede l’esecuzione di una centrale termica e di trattamento aria. La
struttura, interrata, è interamente realizzata in c.a. Il collegamento all’edificio principale avviene mediante un
cunicolo interrato. La soletta superiore di tale cunicolo può essere realizzata in opera o prefabbricata; in ogni caso
si prevede che gli impianti possano essere inseriti all’interno del cunicolo nella fase precedente alla messa in opera
della soletta. Il perimetro esterno del cunicolo dovrà essere opportunamente impermeabilizzato. All’interno
dell’edificio la presenza degli impianti in progetto richiede l’abbassamento del piano di calpestio del corridoio
normalmente utilizzato dagli atleti per raggiungere lo stadio. Sulla base delle tavole in nostro possesso sono state
fatte delle ipotesi plausibili sulla posizione delle fondazioni esistenti, che dovranno essere verificate in fase di
realizzazione dell’opera, per poter eventualmente modificare le tipologie degli interventi.
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Progetto esecutivo – Relazione strutturale
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