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Estratto dagli atti del 16° Congresso C.T.E. Parma, 9-10-11 novembre 2006

NUOVO POLO ESPOSITIVO UNITARIO
ED INTEGRATO DI BRESCIA: SECONDO LOTTO


ARTURO DONADIO, Studio S.P.S. di Milano
VITO CAFARO, Studio S.P.S. di Milano



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SUMMARY

The ending of “Nuovo Polo Espositivo ed Integrato di Brescia” was necessary to design new building for the expanding of already existing buildings.
Along the central axe were positioned the most important structures which characterise this second part: the walk on the high was designed in steel of two different types of span of the walk, around 48 m and 70 m as iron arched oblique bridges.
The relationship between the Commitment and the designer engineering, the knowledge of the first lot improved also by Executive Direction, the programmed checking directed by the maintenance manual gave us all important design input for the second lot.
The new seismic law (OPCM n. 3274) determined moreover the unitarian application of Limit State countings in contraposition of Allowable Stress already used as the base of the first lot design (solution post in contest).
They are in progress the routing for the bid.



1. DESCRIZIONE DELL'OPERA

La struttura del secondo lotto del Polo Fieristico di Brescia, vede una serie di edifici di differenti tipologie e destinazioni d’uso.
Principalmente si distinguono le seguenti strutture:
1) La predisposizione di un ulteriore padiglione espositivo (NORD) di dimensioni 66m x 225m circa, che ricalca geometricamente quello già precedentemente realizzato (SUD) con copertura in legno lamellare sorretta da pennoni in tubolari di acciaio Æ762x16 mm alti 25 m. I sostegni intermedi della copertura sono realizzati con stralli pretesati in barre di acciaio.
2) Ampliamento della palazzina uffici (Corpo Ovest) realizzata con due corpi (A e B) di tre piani fuori terra ed uno interrato. Ciascun corpo ha dimensione in pianta di 30 x 15 m circa.
3) Una serie di corpi di collegamento verticale (torri tecnologiche sul fronte nord e corpi di collegamento lungo l’asse centrale) realizzati con struttura portante in c.a.o.


Figura 1.
Planimetria dell’intervento


Figura 2.
Vista torri tecnologiche fronte sud

4) Una importante superficie interrata di immagazzinamento (60 m x 45 m) con accesso tramite rampa carrabile sul fronte nord e dalle torri tecnologiche e di collegamento.
5) La definizione di una piazza “reception” dell’intero Polo posizionata fra la testata del Padiglione Nord e l’ampliamento del Corpo Ovest. Tale elemento, di dimensione planimetrica di circa 60 x 70 m, è caratterizzato da ampie strutture vetrate di chiusura esterna e di copertura.
6) Una passerella pedonale di collegamento in quota lungo l’asse centrale fra i Padiglioni Nord e Sud realizzata in carpenteria metallica, come ponti ad arco obliquo, con due diverse tipologie di moduli: 48 m e 70 m circa. Tale struttura si completa con un modulo inclinato in attraversamento della via Caprera;
7) Tunnel di ingresso posto fra nuovo Corpo Ovest e l’esistente con copertura reticolare spaziale in carpenteria metallica 30 x 25 m ed impalcato intermedio in doppia orditura di profili estrusi in acciaio.
Si riporta di seguito la descrizione delle strutture caratterizzanti e di particolare interesse del secondo lotto.


1.1 CORPO OVEST


La struttura del corpo OVEST si presenta, omogeneamente a quanto già realizzato per il primo lotto, con pilastri accoppiati a sezione rettangolare allungata in c.a. e solai prefabbricati di tipo a lastra con alleggerimenti in polistirolo.
Le travi portanti, di tipo ribassato, sono realizzate in acciaio, connesse al getto mediante piolatura e vincolate tramite piastre zancate alle strutture verticali in c.a.
L’edificio formato da due differenti fabbricati (corpo A e B) si compone di un piano interrato, piano terra, due piani superiori e copertura. Le altezze di interpiano sono rigorosamente quelle dell’edificio gia realizzato nel primo lotto di cui quello in oggetto rappresenta il naturale completamento.
Al fine di garantire una sufficiente sicurezza all’azione del sisma sono predisposti in pianta setti in c.a. in corrispondenza dei nuclei scaleascensori e di tavolati ciechi.
Le fondazioni del fabbricato sono del tipo diretto nastriforme a trave rovescia.
E’ presente, come collegamento in quota fra i due corpi A e B, un camminamento realizzato con una struttura reticolare spaziale in carpenteria metallica a base quadrata di modulo 3,6 m. La sua lunghezza totale è di 36.0 m con luce massima di 21.6 m. Il piano di camminamento, così come la copertura, è realizzato in lamiera grecata con getto integrativo.
Per la valutazione approfondita dell’azione del sisma sull’intera struttura è statato schematizzato un modello completo risolto mediante un solutore agli elementi finiti.
La struttura metallica del “Tunnel”, posto a cavallo fra il nuovo Corpo Ovest e quello esistente, è vincolata in modo da trasmettere la componente orizzontale dell’azione sismica unicamente alle strutture del secondo lotto in quanto quelle esistenti sarebbero risultate inadeguate. I carichi verticali verranno trasmessi alle due strutture limitrofe rendendo necessario un intervento di rinforzo su pilastri e fondazioni del vecchio Corpo Ovest.
Per tale motivo il calcolo del Corpo Ovest è stato eseguito per il corpo B soggetto alla maggiore massa partecipante comprensiva anche di quella del “Tunnel”.
L’analisi prescelta è stata quella del “sisma statico equivalente” disponendo quindi un sistema di forze (proporzionale alle masse), applicate ai “nodi” della maglia strutturale.
Gli elementi rappresentanti i solai di collegamento sono stati descritti mediante elementi “membrana” in grado di trasferire unicamente azioni assiali piane escludendo il fattore flessionale.


1.1.1 Combinazioni statiche S.L.U.


La valutazione dell’azione sollecitante nei diversi elementi è stata assunta con riferimento ai coefficienti amplificativi di norma.


Figura 3.
Modello E. F. Corpo Ovest

1.1.2 Combinazione sismica S.L.U

Per gli elementi verticali quali setti e pilastri soggetti al sisma orizzontale la valutazione dell’azione sollecitante è stata eseguita assumendo per i carichi permanenti ed accidentali coefficienti g pari a 1.0. Per quest ultimo si è inoltre assunto il coefficiente y2i = 0.6


1.1.3 Valutazione dei parametri sismici

Per la modellazione agli elementi finiti, come previsto dalla normativa in materia, si sono assunti i seguenti parametri caratteristici per edifici in bassa classe di duttilità:
ag = 0,15 (zona 3)
q0 = 4,00 (struttura mista a telaio e pareti)
KD = 0,7 (CD ”B”)
KR = 1,0 (edifici regolari in altezza)
au/a1 = 1,2 (edifici misti telaio/pareti)
T1 = 0,075 x 11,6¾ @ 0,5
q = 4,00 x 0,7 x 1,0 x 1,2 = 3,36
gi = 1,2 (edifici importanti)
l = 0,85 (edificio con almeno tre piani)

Globalmente per l’analisi orizzontale si è quindi assunto un coefficiente pari a:

Sd(T1) = 0,85 x ( 0,15 x 1,25 x 2,5 / 3,36 ) x 1,2 = 0,11858


1.2 PIAZZA


Sul lato ovest del Padiglione NORD è presente una facciata realizzata in c.a. e posizionata fra il secondo ed il terzo modulo che divide la parte effettivamente destinata a spazio espositivo dalla zona destinata a “piazza”.
Nella piazza è realizzata la zona reception delimitata per il tramite di una facciata con struttura in acciaio. La zona in oggetto si compone di un ampio soppalco realizzato in carpenteria metallica con travi a doppia orditura e locali interrati con struttura portante in c.a. gettato in opera.
Il collegamento verticale fra i diversi orizzontamenti è garantito da un ascensore ed una scalinata che per ragioni architettoniche di “trasparenza” sono realizzati in acciaio e vetro. In particolare la scala metallica, che va dal piano terra al soppalco a quota +4,70 m, è costruita con profili metallici accostati su cui poggiano dei gradini in vetro.
I profili sono costituiti da piatti 300 x 16 mm disposti a 30 cm di interasse uno dall’altro. I cosciali sono collegati fra di loro con profili 300 x 10 mm disposti a una distanza massima di 80 cm circa e opportunamente controventati.
Il piano di calpestio della piazza è realizzato in pietra differenziandosi completamene dal massetto in c.a. di tipo carrabile all’interno del Padiglione NORD.
In tale porzione la copertura è realizzata mantenendo uniforme con il padiglione espositivo la struttura principale in legno lamellare (costituita dalle travi binate e dagli arcarecci con interasse di 2,50 m) ma il manto di copertura è realizzato con una superficie vetrata continua.
I moduli vetrati poggiano su profili metallici di sezione quadra 80 x 80 x 4 mm posti ad interasse di 1,2 m e con luce di calcolo pari a 2,50 m.


Figura 4.
Pianta impalcato


Figura 5. Sezione scala

1.3 ASSE CENTRALE

1.3.1 Passerella di collegamento in quota

La struttura della passerella di collegamento fra i corpi di collegamento è composta da una travatura ad arco realizzata con profili tubolari in acciaio.
La struttura è composta da un arco principale superiore, connesso a un arco principale inferiore tramite stralli posti a raggiera anch’essi in profili tubolari saldati.
Tra i due archi è disposto un imponente profilo tubolare fungente da corrente d’impalcato, catena e ritegno torsionale, questo poiché gli stralli risiedono nello stesso piano degli archi principali.
Ai fini sismici d’instabilità sono stati introdotti due archi secondari, superiore ed inferiore rispettivamente, connessi a quelli principali in mezzeria ed inclinati planimetricamente rispetto all’asse longitudinale di circa 19°.


Figura 6.
Sezione trasversale


Figura 7. Dettaglio appoggio passerella

L’impalcato si compone di costole incastrate nel torsion-tube a sezione variabile, controventi di piano in profili tubolari, profili secondari a doppio C, assito in legno strutturale e parapetti in acciaio.
La passerella presenta due diverse tipologie di luce: 48 m e 70 m circa. L’altezza totale è pari a 5.50 m (per quella da 48 m). La prima tipologia è vincolata a cerniera e carrello all’estremità. La seconda tipologia prevede uno sbalzo articolato e controventato da tubolari secondari.
I carichi verticali derivanti dalla passerella vengono trasferiti attraverso adeguati apparecchi di appoggio alle strutture verticali in c.a. dei corpi di collegamento.


Figura 8.
Modulo da 48 m di luce


Figura 9. Modulo da 70 m di luce

1.3.2 Passerella strallata

La sezione strutturale è simile a quella della passerella già descritta.
La passerella si sviluppa su una luce totale di circa 150 m, ed è realizzata dall’accostamento di due moduli del tutto simili alle passerelle di collegamento di seconda tipologia. L’altezza totale è pari a 5,50 m, i vincoli a terra sono tutti delle cerniere.
I carichi verticali derivanti dalla passerella vengono trasferiti attraverso adeguati apparecchi di appoggio ai plinti di fondazione.


1.3.3 Analisi strutturale


L’analisi strutturale è stata svolta tramite analisi lineare con programma ad elementi finiti.
Il modello strutturale adottato consente di addivenire allo stato di sollecitazione interno della struttura descritto per ogni elemento finito come tagli agenti nei piani, azione assiale, momenti flettenti nei piani e momento torcente.
Gli archi principali, superiori e inferiori e gli archi stabilizzanti, superiori ed inferiori sono stati schematizzati tramite elementi “beam” così come la trave principale.
Gli stralli sono stati schematizzati con elementi “truss”.
Nel modello sono state inserite le “costole” schematizzate tramite elementi “beam” su di esse sono stati posti gli arcarecci che sostengono l’assito pedonabile. I controventi di piano sono stati schematizzati con elementi “truss”.
Sono state svolte le verifiche di resistenza (SLU) e di deformazione (SLE) di tutti i componenti d’organico strutturale.
Particolare cura è stata posta nel controllo delle deformazioni totali elastiche a lungo termine intese come spostamenti verticali massimi degli archi e spostamenti verticali all’estremità delle costole.


Figura 10.
Modello E. F. modulo da 48 m di luce


Figura 11. Modello E. F. modulo da 70 m di luce


2. L'ESPERIENZA PRECEDENTE COME INPUT ALLA SECONDA FASE

Lo stretto rapporto con la Committenza, l’esperienza progettuale acquisita nel primo lotto, e completata dall’incarico di Direzione Lavori, il controllo programmatico durante le fasi previste dal programma di manutenzione, hanno fornito importanti input progettuali per il secondo lotto.
Senza dubbio ha rivestito particolare importanza la prova di carico eseguita su un modulo completo (66 m x 24 m) della struttura di copertura del Padiglione Sud sotto l’azione del carico nominale totale.
La prova è stata eseguita simulando in modo completo le fasi di montaggio e doppia tesatura prevista sugli stralli con l’applicazione, in un primo tempo della sola aliquota di carico relativa al sovraccarico permanente, e dopo la ritesatura degli stralli quelli degli accidentali di progetto.
I risultati sono stati estremamente soddisfacenti in termini di deformazioni registrate che si sono discostati di circa il 7% (in meno) rispetto a quelli teorici.


Figura 12.
Prova di carico su di un modulo di copertura

Tale dato ha consentito una doppia validazione dell’opera: la correttezza delle assunzioni e delle elaborazioni progettuali da un lato e la conformità di esecuzione e montaggio delle strutture dall’altro.
Tale risultato pratico ha confortato la calcolazione di tutta la struttura di copertura del Padiglione Nord con gli adeguamenti normativi intervenuti, a far seguito al primo lotto, e da alcune modifiche apportate in fase di esecuzione.
La più significativa riguarda sicuramente la sostituzione degli stralli previsti in progetto con funi di acciaio armonico, con barre piene in Fe 510. La modifica, apportata per ragioni economiche, ha reso necessario, oltre alla ricalcolazione del modulo tipo, la ridefinizione dei nodi terminali in particolare dell’elemento deviatore in corrispondenza dell’estremità delle travi in legno lamellare.


Figura 13.
Dettaglio elemento deviatore

Nell’ambito della progettazione del secondo lotto si è quindi proceduto con l’applicazione unitaria del metodo di calcolo agli Stati Limite in sostituzione di quello alle Tensioni Ammissibili già assunto come base per la progettazione del primo lotto.
Altri dati progettuali sono stati confortati e ricalibrati in cantiere con l’ausilio di prove in opera; la valutazione della costante di sottofondo da attribuire per il calcolo del massetto in c.a. di tipo carrabile all’interno del Padiglione Sud. Tale variabile, assunta prudenzialmente pari a 1 Kg/cm3 in sede di progetto, è stata determinata con prove su piastra dopo rullatura e costipamento del terreno. Il valore è risultato compreso fra 10÷20 Kg/cm3. In tal modo si è potuta ridurre di circa il 50% l’incidenza di armatura di rinforzo.
Il controllo programmatico delle strutture ha confermato la corretta valutazione delle fondazioni di tipo diretto i cui cedimenti, agenti sul telaio una volta iperstatico, producono spostamenti non apprezzabili; i cedimenti attesi sono stati preventivamene valutati ed implementati come carichi elementari nello studio del telaio spaziale agli E. F.


3. GLI EFFETTI DELL'ORDINANZA

Tutte le strutture dei differenti fabbricati relativi al secondo lotto sono state verificate conformemente a quanto prescritto dall’OPCM n. 3274 con l’applicazione unitaria del metodo di calcolo agli Stati Limite.
Durante la progettazione del primo lotto, su specifico accordo con la Committenza, era già stato assunto per le strutture un carico sismico di terza categoria (S = 6 secondo il D.M. 16/01/96).
Il cambiamento dell’assetto normativo ha modificato in alcuni casi, oltre all’entità delle azioni di riferimento, anche le modalità di verifica.
L’esperienza posta a confronto fra la progettazione del primo e quella del secondo lotto ha condotto alle seguenti osservazioni.


3.1 PADIGLIONE NORD

Per la valutazione delle azioni sismiche secondo l’Ordinanza si è operato con analisi modale in campo dinamico del modulo base di copertura.
Si sono assunti i seguenti parametri caratteristici per edifici in bassa classe di duttilità:

ag = 0,15 (zona 3)
q0 longitud. = 4,00 (strutture intelaiate)
q0 trasv. = 2,00 (strutture a mensola)
gi = 1,20 (edifici importanti)

La valutazione del periodo proprio e l’attribuzione dello spetto è stata eseguita in modo automatico dal programma di calcolo.
Ponendo a confronto i risultati ottenuti con le due differenti modalità di calcolo si è riscontrata una sostanziale omogeneità di risultati con quanto ottenuto nel primo lotto.
Infatti le azioni sismiche nel modello in oggetto, non risultano determinanti per il comportamento globale della struttura: le azioni flessionale nelle travi principali e negli arcarecci della struttura in legno lamellare sono massimizzate dal carico accidentale nominale in rapporto al ridotto peso proprio strutturale della copertura (circa 85 Kg/m2 equivalenti).


Figura 14.
Dettaglio controvento fra colonne del Padiglione Sud

Anche le azioni assiale, flessionale e di taglio in direzione trasversale al padiglione alla base delle colonne in acciaio non sono determinate dal contributo sismico in quando è comunque massimizzante in carico accidentale nominale. Analogamente le considerazioni riportate valgono per il sistema di strallatura e di tensionamento.
Per quanto attiene ai controventi longitudinali (ovvero la doppia crociera posizionata a cavallo delle colonne di ogni modulo) si è riscontrata una sensibile diminuzione dell’azione di calcolo. Il fatto è in parte motivabile dall’assunzione di un coefficiente 0,2 per il carico di neve in luogo dello 0,33 previsto dalla superata normativa alle T.A.
Anche per i cordoli di collegamento sismico fra le fondazioni non si registrano incrementi di carico, infatti secondo la nuova Ordinanza l’azione assiale di calcolo è pari a:

NSd,O = ± 0,5 x S x ag x Nsd,V

che nel caso in esame risulta:

NSd,O = ± 0.09375 Nsd,V

del tutto paragonabile all’azione indicata dal DM 96 pari ad 1/10 del carico verticale.


Figura 15.
Padiglione Sud in fase di montaggio

3.1 CORPO OVEST

Come già descritto l’edificio in oggetto è stato analizzato come struttura mista a telaio e pareti ricavando un valore di componente orizzontale pari a 0,11858 della massa partecipante.
Parallelamente nel primo lotto avendo assunto S = 6 la componente orizzontale era C = 0,04.
Assumendo per il confronto fra S.L. e T.A. un coefficiente g = 1,5 risulta dal raffronto fra i due vali assunti:
h = 0,11858/(0,04 x 1,5)=1,98
Le azioni orizzontali risultano pertanto pressoché raddoppiate.


Figura 16.
Padiglione Sud in fase di montaggio


Figura 17.
Vista interna Padiglione Sud


Figura 18. Vista Corpo Ovest esistente

4. DATI RIASSUNTIVI

Committente: Immobiliare Fiera di Brescia
Via Caprera, 5
25125 Brescia

Progettista delle strutture: Ing. Arturo Donadio
S.P.S. S.r.l. - Milano


Contatti con gli autori
S.P.S. S.r.l.
Via Melchiorre Gioia, 64
20125 Milano
Telefono 02/6694887
Fax 02/6704199

segreteria-tecnica@spssrl-mi.it
www.spssrl-mi.it


CONCLUSIONI

Sono stati indagati gli effetti dell'esposizione a temperature elevate fino a 500°C su prodotti estrusi di cemento rinforzati con fibre di vetro e di cellulosa. Sono stati osservati significativi livelli di danneggiamento del materiale per tutti i compositi.
I punti successivi riassumono le osservazioni sperimentali ottenute dai test strutturali e dalle analisi fisiche. La dipendenza della resistenza e della fragilità dalla temperatura è stata trovata simile per tutti i campioni. II processo di estrusione determina un allineamento delle fibre come mostrato dalle osservazioni al microscopio e confermato dai dati sperimentali. I risultati delle prove meccaniche sono stati confermati dalle analisi di porosimetria (MIP). Non è stato osservato nessun fenomeno di spalling durante il trattamento termico.


RINGRAZIAMENTI

II presente lavoro è stato sviluppato nell'ambito di un Programma di Ricerca Cofinanziato dal MIUR. Si ringrazia la società CTG Italcementi Group per la fornitura dei campioni.


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