REALIZZAZIONI
Il museo della Casa di Enzo Ferrari, recentemente aperto a
Modena, è incentrato su una nuova galleria espositiva che
richiama il cofano di una auto sportiva, essa è realizzata con
una complessa struttura reticolare in acciaio di copertura e
caratterizzata da una facciata a funi pretese.
The Enzo Ferrari Home Museum recently opened in Modena is
based on a new exhibition gallery inspired by the bonnet of a
sports car. It consists of a complex steel grid roof structure, with
tensile cable facade.
1. IL NUOVO MUSEO CASA ENZO FERRARI A MODENA
Nel marzo 2012 è stato inaugurato a Modena il Museo della Casa
di Enzo Ferrari, dedicato alla figura storica del fondatore della prestigiosa casa automobilistica e più in generale all’automobilismo
modenese. Il progetto, vincitore di un concorso a inviti bandito
nel 2004 ed aggiudicato allo studio di architettura londinese Future Systems, ha previsto il recupero della casa officina del padre
di Enzo Ferrari dove egli nacque nel 1898, trasformata in spazio
espositivo dedicato alla figura umana ed all’avventura professionale di Ferrari e la realizzazione di una nuova galleria espositiva
dedicata invece propriamente alle automobili ed alla loro evoluzione. L’edificio galleria contempla anche una sala conferenze,
uno spazio didattico, uno spazio proiezioni, spazi di servizio; essa
è concepita architettonicamente come un unico grande ambiente espositivo che si sviluppa, tramite rampe, su due livelli: il livello
del piano terra e quello del piano interrato. Al centro dello spazio
espositivo si trova il crescent, ovvero una parete emiciclica dalla
quale si accede ad ambienti accessori del livello interrato (sala
conferenze ecc…), (figura 1).
Fig. 1 - Vista interna della nuova galleria espositiva.
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Copertura a guscio
e facciata tensostrutturale
per la nuova Galleria espositiva
del Museo Casa Enzo Ferrari
di Modena
Shell roof construction
and tensile structure facade
for the new Exhibition Gallery
at the Enzo Ferrari Home Museum
in Modena
Fabio Camorani
In termini di superfici si hanno:
Casa natale: 1.000 m²,
Galleria espositiva: 4.200 m²
Il recupero della ex casa/officina (il padre di Enzo Ferrari lavorava per le
Ferrovie dello Stato) è stato improntato a criteri di restauro scientifico,
sebbene l’edificio abbia più un valore storico che un pregio architettonico e costruttivo proprio. La nuova galleria espositiva invece, dal
punto di vista del linguaggio formale e delle soluzioni ingegneristiche
e tecnologiche, è ricca di citazioni all’industria automobilistica, storica
e contemporanea (figura 2).
Fig. 2 - Il cofano giallo di copertura.
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2. LA STRUTTURA DI COPERTURA
DELLA NUOVA GALLERIA
L’idea concettuale, già delineata in fase i
concorso e poi sviluppata progettualmente,
era quella di una nuova galleria espositiva
che apparisse come un grande cofano, a
doppia curvatura, che cingesse, senza sovrastarla in altezza, la casa dove è nato Enzo
Ferrari nel 1898, configurandosi come una
“hopen hand”, e si adagiasse in modo morbido, senza soluzione di continuità, nel terreno circostante.
Tale concetto di base ha portato i progettisti
a prendere in esame soluzioni strutturali che
avessero i seguenti aspetti salienti:
- Ridotto spessore della struttura; infatti la
volontà di realizzare un nuovo edificio con
altezza non superiore a quella dell’edificio
storico imponeva la necessità di compattare
lo spessore della struttura.
Fig. 3 - La struttura in acciaio.
Fig. 3 - La struttura in acciaio.
Fig. 4 - Vista assonometrica delle strutture di copertura.
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- Funzionamento membranale; il funzionamento con prevalenti sforzi assiali risulta naturale in relazione alla forma architettonica,
consente inoltre notevoli vantaggi in termini
di pesi ed ingombri spaziali.
-Comportamento strutturale di tipo spaziale;
esso oltre che essere connaturato alla forma
deriva dall’esigenza di inglobare la facciata, a
cavi pretesi, nel funzionamento complessivo
del sistema.
- Eliminazione delle spinte legate all’effetto
membrana tramite il basamento di fondazione del piano interrato; anche in questo caso
la forma architettonica favorisce l’individuazione della più opportuna scelta strutturale .
La struttura portante posta sotto il manto di
copertura giallo in alluminio è pertanto una
struttura in acciaio di tipo reticolare, realizzata
con acciaio tipo S355 JR, con altezza dell’uni-
filare di circa 1,0 m, formata da tre archi principali a quattro correnti, travi secondarie a due
correnti ordite in senso longitudinale, travi
terziarie ad arco a due correnti con funzione
di stabilizzazione delle secondarie e collaboranti con gli archi principali nel funzionamento membranale, travi terziarie semplici a
supporto delle lamiera in acciaio, microforata
in funzione acustica (figura 4).
Gli archi principali, a spinta eliminata, con
luce di 44,0 m circa, hanno struttura composta da due reticolari di altezza asse-asse
pari a 100,0 cm e distanti 100,0 cm, con
modulo di 120,0 cm, realizzate con profili
correnti HEA 160/140 e profili diagonali generalmente Ø 42,4 sp7,1/ Ø 54 sp 6,3 ; essi
sono posti a passo di 15,20 m, ad esclusione dell’ultimo interasse pari a 16,11 m che
termina con un arco parziale appoggiato al
tubo di attacco della facciata (figure 4 e 5).
Le strutture secondarie sono anch’esse di
tipo reticolare ma semplici, con profili correnti HEA 120/140 e profili diagonali Ø 54 sp
6,3; esse sono poste a passo di 6,0 m a partire dal colmo, con campo terminale di luce
pari a 3,70 m. Le reticolari secondarie hanno
luce pari a 14,20 metri e quindi viene inserita
a metà luce una trave/arco reticolare di stabilizzazione trasversale.
Le strutture terziarie, poste ad interasse medio
di 380 cm, sono costituite da profili IPE 240, le
terziarie di stabilizzazione sono invece reticolari piane costituite da correnti HEA 120/140
e diagonali tubolari Ø 60 sp 6,3 (figura 3).
I pannelli di lamiera grecata di spessore 13,0
cm, per ragioni acustiche di tipo microforato
con lana di roccia inserita nelle greche, appoggiano sulle strutture terziarie con sche-
Fig. 5 - Sezioni su archi principali.
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Fig. 6 - Gli scavi, i pali di fondazione.
Fig. 7 - Gli scavi, i pali di fondazione.
mi di trave continua, generalmente su tre
appoggi, la suddivisione in pannelli è stata
determinata con un software 3D (Tekla) in
modo da poter realizzare ogni pannello in
genere come piano ed adattare la geometria
sul posto tramite piccole distorsioni compatibili con la lamiera.
La doppia curvatura della superficie di copertura determina una sequenza di archi principali sempre più ribassati procedendo dalla
facciata verso il retro; la freccia degli archi varia tra1/6 e 1/7,5 della luce, pertanto si passa
da rapporti quasi ottimali a rapporti nei quali
iniziano a divenire importanti i fenomeni di
instabilità e buckling, essi sono stati adeguatamente considerati come meglio descritto
nel seguito.
La soluzione ad arco (ovvero a membrana,
ragionando spazialmente) rispetto alla soluzione a trave (ovvero a piastra, ragionando
spazialmente) consente come è noto un
omogeneo sfruttamento della sezione resistente, nonché stati tensionali e deformativi
decisamente più ridotti, nel caso in esame il
peso complessivo della struttura, esclusi i sistemi dei lucernai, è inferiore ai 30 kg/m², l’altezza strutturale circa ¼ di quella necessaria
con soluzioni a trave.
In merito alla spinta generata dal funzionamento membranale si osserva che la struttura in acciaio di tipo reticolare della copertura,
in particolare gli archi principali, è vincolata
tramite cerniere ad un monolitico basamento in cemento armato dotato di contrafforti
costituiti da sottili pareti in c.a.; i contrafforti
sono posizionati in corrispondenza degli ar-
chi principali in acciaio, il loro profilo geometrico è generato progettualmente dalla risultante delle forze trasmesse dalla copertura,
esso coincide inoltre con l’andamento della
scarpata inerbita.
Tramite i contrafforti, le forze verticali e spingenti del sistema in acciaio di copertura vengono convogliate nella platea di fondazione,
poiché la falda idrica può raggiungere il piano di campagna, si è reso necessario ancorare la platea a circa 200 pali di diametro 60
cm e lunghezza variabile tra e 6,0 e 9,60 m
e conferire alla platea stessa caratteristiche di
impermeabilità oltre che di resistenza meccanica ai carichi ed alle sottospinte idrauliche
(figure 6, 7, 8).
Le “catene”, disposte trasversalmente nella
platea di spessore 40,0 cm, sono costituite da
cavi con trefoli in acciaio armonico (n° 2 cavi
tipo ogni arco principale) ai quali è stata applicata una post-tensione, globalmente leggermente superiore alla forza orizzontale derivante dal funzionamento ad arco (figura 9).
Grazie a tale soluzione non si è reso necessario incrementare l’armatura lenta del basamento (costituita in genere da reti Ø 14
a passo 20 cm, determinate da necessità di
limitare le fessurazioni per garantire l’impermeabilità) ed esso risulta soggetto ad uno
stato di compressione trasversale che limita il
rischio di micro fessurazioni del calcestruzzo,
in genere fisiologiche ed accettate dalle norme strutturali, ma potenzialmente rischiose
per la tenuta idraulica.
La presenza di una facciata a cavi pretesi, collegata superiormente ad un profilo tubolare
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Fig. 8 - Il basamento in c.a.
Fig. 9 - Post tensione nel basamento.
a doppia curvatura di diametro 100 cm, posto a delimitazione della struttura di copertura, introduce consistenti “perturbazioni” di
tipo spaziale al funzionamento strutturale del
sistema; infatti se in direzione trasversale prevale il funzionamento ad archi paralleli, la sollecitazione flesso torsionale sul tubo di bordo
richiede una collaborazione al sistema strutturale globale, in parte chiamato a mutare la
natura membranale della propria sollecitazione. Alle travi secondarie di collegamento tra
i vari archi ed ordite secondo l’asse longitudinale, viene anche demandato il compito di
assorbire parte delle sollecitazioni torsionali e
flessionali agenti sul tubo, al fine di ridurne il
peso e ricondurre la sua dimensione complessiva nell’ambito dell’altezza strutturale di
100,0 cm. Le azioni flesso torsionali sul tubo
si trasformano in parte in azioni flessionali applicate all’estremità delle travi secondarie, che
divengono quindi una sorta di “travi su molle
elastiche”, ove le molle sono gli archi.
Un’altra perturbazione viene introdotta dalla
presenza dei lucernai “prese d’aria” del cofano;
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in questo caso la struttura locale è anch’essa
riconducibile, per ogni elemento, allo schema
di arco, sul quale appoggiano archi rampanti
con profilo variabile. Per non introdurre sulla
struttura principale sollecitazioni iperstatiche
di incerta valutazione, anche legate alle variazioni termiche, nonché sollecitazioni tali da
introdurre sfavorevoli deviazioni delle risultanti rispetto alla “funicolare” del carico distribuito principale, si è optato per l’individuazione di “sistemi chiusi” autonomi, svincolati dalla
struttura principale, alla quale trasmettono
in modo staticamente determinato le azioni gravitazionali e quelle eoliche o sismiche.
Il funzionamento strutturale della copertura
può pertanto essere visualizzato, tramite un
processo di astrazione, come il sovrapporsi di
molteplici meccanismi elementari, ciascuno
dei quali viene prima analizzato ed ottimizzato singolarmente, ricorrendo a schemi semplificati, poi contestualizzato e riesaminato,
con analisi più sofisticate agli elementi finiti
(di tipo lineare e non lineare).
3. LA TECOLOGIA REALIZZATIVA
DEL “COFANO GIALLO”
Il cofano giallo è certamente l’emblema del
progetto, Jan Kaplicki di Future Systems,
scomparso nel 2009 in avvio di cantiere, ha
sempre fortemente voluto che tale elemento
assumesse in pieno tutte le funzioni proprie
di un cofano: proteggere il contenuto e quindi far defluire con semplicità e rapidità l’acqua
piovana e la neve, presentare forma aerodinamica. Il progetto tecnologico si è quindi
sviluppato nell’ambito di questi principi ispiratori, che sono divenuti al contempo guida e
vincolo nel processo di esame e comparazione di molteplici diverse soluzioni, nell’ambito
di analisi costi-benefici. Altro elemento che
dal principio si è imposto come prioritario
è l’impiego dell’alluminio, materiale caratterizzato da leggerezza e durabilità nel tempo
anche in assenza di manutenzione.
La tecnologia utilizzata è nata in ambito
navale ed era applicata al momento della
progettazione del museo unicamente per
imbarcazioni veloci di modesta dimensione.
Tale tecnologia prevede la realizzazione di
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Fig. 10 - Stratigrafia di copertura.
scafi perfettamente lisci e fluidodinamici (e
conseguentemente aerodinamici) costituiti
da lamelle di alluminio affiancate, maschiate, dotate di guarnizioni in epdm e collegate
tramite morsetti. Nell’uso navale il sistema era
integrato con protezioni superficiali e dettagli di nodo e di bordo non compatibili con i
costi e con la applicazione su scala architettonica, caratterizzata da dimensioni e problematiche in buona parte diverse; si pensi per
esempio al tema della quantità di acqua che
confluisce nelle gronde, all’importanza della
relazione tra gli strati per effetto delle dilatazioni termiche, alla presenza di forze potenzialmente molto asimmetriche .
Applicando la suddetta tecnologia ad una
copertura di estensione pari a 3.300 m² le problematiche tecniche principali sono consistite nel garantire la perfetta tenuta idraulica e
nell’assicurare un idoneo sfogo alle dilatazioni
e contrazioni termiche del manto in alluminio
rispetto alla sottostruttura. La piena impermeabilità della superficie gialla in alluminio è
stata ottenuta tramite una opportuna ripartizione dei morsetti di collegamento delle singole doghe, dislocati in funzione della curvatura della superficie e della sua natura locale
di superficie con curvatura semplice o doppia, con ciò evitando il ricorso a trattamenti
superficiali tipo “resinatura”, certamente efficaci e collaudati ma con costi non accettabili.
Le doghe sono in totale 4.500, con larghezza
di 12,0 cm e lunghezza variabile tra 300 e 750
cm; la maggior parte delle doghe sono state prodotte per estrusione in forma rettilinea
piana, esse vengono poi adattate in opera
grazie al posizionamento su arcarecci la cui
collocazione è verificata topograficamente;
le rimanenti doghe sono state invece prodotte, sempre per estrusione, ma con curvatura semplice o doppia; si tratta delle doghe
ubicate negli spigoli ed in corrispondenza dei
lucernai. Grazie alla scelta della curvatura ed
alla sua natura spaziale la copertura smaltisce
in modo rapido ed efficace la neve; di ciò si
è avuta prova diretta durante le abbondanti
nevicate del febbraio 2012, poco prima del
giorno di inaugurazione.
Lo sfogo dei movimenti termici viene invece
garantito tramite il vincolamento isostatico
della scocca in alluminio rispetto alla struttura portante in acciaio: la scocca trasferisce
alla struttura in acciaio le forze di vento, neve,
peso proprio tramite 5.000 dispositivi in acciaio assimilabili generalmente a bielle o a
carrelli; tali vincoli consentono invece che le
dilatazioni termiche del manto avvengano
in completa autonomia; naturalmente sono
previsti due allineamenti, uno trasversale ed
uno longitudinale, lungo i quali prevalgono
i vincoli di tipo fisso, necessari per assicurare
l’assenza di movimenti reciproci “globali” tra
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Fig. 12 - Tesatura dei cavi di facciata.
Fig. 11 - Pilastro a forcella e facciata.
Fig. 13 - Particolare nodo di facciata.
manto e struttura sottostante.
Ciascun dispositivo di vincolo si compone di
una piastra ad U di base, fissata con viti auto
perforanti alle piastre precedentemente predisposte nell’isolante rigido in vetro cellulare,
di un perno di scorrimento ad asse verticale,
di una sottile biella cilindrica a supporto degli
arcarecci in alluminio, a loro volta sostegno
delle doghe. In base al principio di standardizzazione ed industrializzazione dei componenti e del processo, tutti i suddetti singoli
elementi sono caratterizzati da fori asolati di
forma lineare o curva, con fissaggi realizzati
con bulloni stretti in opera; in tale modo è
stato possibile adattare ogni piastra in funzione della propria posizione specifica e della
funzione statica, realizzando in officina un
numero molto ridotto di piastre diverse.
Tra il manto e la superficie isolante in vetro
cellulare, che riveste la lamiera portante strutturale, microforata per ragioni acustiche, è
inoltre presente una camera di ventilazione
naturale; l’aria entra per effetto della differenza di pressione dall’intercapedine al di sotto
della gronda lungo l’intero sviluppo planimetrico della galleria espositiva e viene poi
espulsa alla sommità dei lucernai, per mezzo
di apposite griglie.
La gronda perimetrale, realizzata con tubi in
alluminio recanti intaglio lineare superiore,
con diametro di 40 cm, assicura una diffusa
raccolta delle acque; essa è stata realizzata
con lamiere piegate e con tubi calandrati nelle zone di spigolo con maggior curvatura.
La successione stratigrafica del tetto è la seguente: strato esterno in doghe di alluminio
di spessore 2,0 mm, intercapedine ventilata di
spessore variabile, guaina bituminosa realizzata come manto di protezione durante la
fase di cantiere, doppio strato di pannelli
isolanti di tipo rigido in vetro cellulare con
spessore 8,0+8,0 cm incollati tra loro ed alla
lamiera grecata portante, lamiera portante
strutturale con integrato isolante acustico a
contrasto del riverbero (figura 10).
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4. LA STRUTTURA DELLA FACCIATA
DELLA NUOVA GALLERIA (DEL TIPO
A CAVI PRETESI)
Il guscio di copertura, nel suo svilupparsi
come sorta di volta a botte a curvatura sempre più marcata nell’avvicinarsi alla casa vie-
ne interrotto dall’introduzione sul bordo del
profilo sinuoso della facciata, che riproduce
letteralmente “l’open hand” principio ispiratore del progetto architettonico; esigenza architettonica prioritaria era che la facciata fosse
un involucro trasparente tale da consentire
un abbraccio visivo alla casa natale di Enzo
Ferrari, vista dall’interno della nuova Galleria.
Tali esigenze sono state declinate strutturalmente e tecnologicamente in una facciata
vetrata geometricamente generata dalla
intersezione di due coni e quindi con generatrici inclinate di 12,5 gradi rispetto alla verticale che, scorrendo lungo l’impronta di base,
danno vita ad un involucro trasparente che
alterna convessità e concavità, chiaramente
percepite sia dall’esterno che dall’interno.
Dopo aver preso in esame diverse soluzioni il
team di progetto ha scelto una facciata a cavi
pseudo verticali fortemente pretensionati, il
diametro dei cavi è di 30 mm, l’interasse pari
mediamente a 200 cm, con altezza variabile
tra 450 e 1.200 cm (figure 11, 12, 13).
In una prima ipotesi, le funi portanti erano
state pensate in fibre aramidiche, successivamente esigenze di resistenza al fuoco della
facciata, concordate con il locale Comando
dei Vigili del Fuoco, hanno fatto optare per
l’impiego di acciaio inox.
Le vetrate, vista l’esposizione sud-ovest, pur
trasparenti, sono realizzate con vetri camera
isolanti ed a bassissimo fattore solare, ovvero
oltre il 70% dell’energia radiante del sole viene respinta; un ulteriore contributo alla schermatura viene affidato ai brise soleil in profilati
estrusi di alluminio, evidente citazione del
radiatore dell’auto, collegati rigidamente alle
funi portanti in modo tale da conferire alle
stesse gli sforzi derivanti dalla neve, dal vento,
dal peso proprio.
I cavi di facciata, sottoposti ad una tensione
iniziale generalmente prossima ai 200 kN per
cavo, soggetti alla forza del vento sulla facciata e sul brise soleil, arrivano a deformarsi localmente fino a 16 cm (in caso di massimo vento).
La deformazione in esercizio della facciata
tensostrutturale, principio vitale di base della
sua leggerezza e del suo funzionamento, è
stata attentamente dosata in modo da ren-
37
Fig. 14 - Modello FEM basamento.
derla compatibile con la rigidezza propria
delle singole lastre in vetrocamera che costituiscono la facciata (210 lastre piane di diversa
dimensione, dimensione tipica 200x120 cm).
L’adozione della soluzione a cavi pretesi richiede strutture al contorno estremamente
rigide, la scelta di un profilo superiore di bordo costituito da un tubo in acciaio di diametro 1.000 mm e spessore variabile tra 20 e 40
mm è legata alla naturale vocazione dei profili tubolari di resistere in modo uniforme a
sollecitazioni provenienti da ogni direzione
ed in particolare a quelle di natura torsionale; infatti, i perni di collegamento superiori
dei cavi di facciata sono ubicati tangenzialmente rispetto al bordo della struttura di
copertura, il tubo è inoltre completamente
integrato e parte fondamentale del sistema
strutturale del coperto.
Il suo sviluppo, pari complessivamente a 60,0
m, ha richiesto la presenza di appoggi intermedi, in grado perlomeno di evitare picchi
flessionali tali da necessitare di ingombri
strutturali superiori a 100 cm in altezza; tali
supporti, non chiaramente supposti in fase
concorsuale, sono stati introdotti in fase di
progetto preliminare e successivamente meglio definiti e precisati in collaborazione tra lo
staff di progettazione architettonica e quello
di progettazione ingegneristica. La distanza
tra gli appoggi puntuali del tubo, costituiti da
cerniere sferiche, è stata fissata in modo da
rendere paragonabili le sollecitazioni da fles-
38
sione di tipo positivo e negativo sul tubo e
mantenere le loro intensità entro limiti compatibili con il ridotto spessore e conseguentemente con i costi.
Tali appoggi sono costituiti da due pilastri in
acciaio a forcella (ulteriore omaggio alla storia
dell’automobile), poiché l’esigenza è supportare il tubo unicamente per la sollecitazione
flessionale e non per quella torsionale (affidata al graticcio della copertura) le forcelle sono
molto sottili (30,0 cm) e si sviluppano geometricamente nel proprio piano di appartenenza, esse sono tecnologicamente costituite da
profili tubolari calandrati Ø 298,5 sp. 10 mm,
completati con lamiere “di pelle” collaboranti
di spessore 10 mm, irrigidite con nervature
interne ad L e collegate ai tubi con saldature
successivamente molate.
Per ragioni di possibilità di trasporto ciascuna forcella è stata realizzata in stabilimento in
due pezzi, assemblati poi per saldatura a piè
d’opera. Tutti gli elementi costituenti delle
forcelle sono al contempo struttura portante ed elemento formale evidente e pronunciato, dai tubolari di bordo agli irrigidimenti
interni intuibili in vista prospettica, ed agli apparecchi industriali delle cerniere sferiche che
sbucano dal controsoffitto.
Le consistenti forze pseudo verticali, che superiormente e lateralmente si trasmettono al
tubo, vengono inferiormente direttamente
trasmesse, tramite barre inserite in guaine, ai
pali trivellati in c.a. sottostanti il muro di faccia-
ta. Il peso proprio del basamento in c.a. riduce
peraltro significativamente l’azione di trazione sui pali perimetrali prodotta dalla facciata.
Si è detto fino ad ora principalmente del sistema portante principale della facciata, in
merito agli aspetti tecnologici si evidenzia
che essa è costituita da lastre di vetrocamera di tipo piano, ogni lastra è vincolata unicamente in corrispondenza dei 4 spigoli, il
peso viene trasferito alle funi nei due estremi inferiori, vento e sisma si distribuiscono invece su tutti e 4 gli angoli. Sono state
scartate soluzioni del tipo a rotulle che introducono infragilimenti e debolezze locali
e si è invece optato per piastre di nodo che
realizzino semplici appoggi con interposte
guarnizioni elastiche, in grado di assicurare movimenti relativi tra le parti ed il tutto.
Le piastre di nodo e quelle di estremità dei
cavi sono realizzate in acciaio inox. Esse oltre
al collegamento tra pannelli vetrocamera e
funi portanti, supportano i frangisole esterni
in alluminio estruso, di larghezza circa pari a
40,0 cm con profilo esterno sagomato curvo. Ciascun nodo è in realtà costituito dalla
successione di tre diverse piastre che collegano in sequenza la fune, i pannelli in vetro,
il frangisole e sono solidarizzate tramite collegamenti a secco in opera. Le piastre sono
state realizzate con il procedimento della
microfusione sulla base di un design unico e
specifico di questo progetto.
5. LE MODELLAZIONI STRUTTURALI
La copertura è stata modellata agli elementi
finiti tramite il software Mastersap top 2006, il
modello del sistema strutturale complessivo
comprende 2.750 elementi beam; ulteriori
verifiche sono state condotte con un modello
realizzato con il software Straus 7, in particolare per le analisi di buckling, con lo stesso software sono state eseguite le modellazioni dei
nodi, dei pilastri a forcella, della trave tubolare
di sommità della facciata. Per il basamento in
c.a. è stato eseguito un modello specifico agli
elementi finiti al quale sono state applicate le
forze desunte dalla modellazione delle strutture in acciaio (figure 14,15,16).
Per il sistema strutture di copertura e di fac2
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ciata sono stati considerati anche molteplici
modelli che hanno considerato le situazioni
transitorie e la sequenza di carico e di vincolo,
ad esempio si evidenzia che le travi secondarie costituiscono un vincolo torsionale per il
tubo di sommità della facciata, tale vincolo
entra in funzione solo dopo l’applicazione
della pretensione nelle funi e solo dopo il serraggio dei bulloni. Le fasi di cantiere hanno
consentito di programmare, monitorare tali
fasi sia con modelli software che con verifiche in cantiere.
Strutture secondarie come quelle a sostegno
dei lucernai o i pannelli di lamiera grecata
sono stati esaminati tramite specifiche modellazioni, assumendo poi le reazioni vincolari nei modelli globali.
Per quanto concerne in particolare i pilastri
a forcella sono stati eseguiti modelli specifici
con elementi plate ad 8 nodi, gli elementi
tubolari di bordo ed i ribs interni di irrigidimento sono stati modellati con elementi
tipo beam, inserendo link rigidi di connessione; le sollecitazioni applicate sono state
mutuate dal modello complessivo, i vincoli
sono del tipo a cerniera sferica ( si vedano le
figure (figura 17 a, b, c).
Nel progetto esecutivo si sono pertanto considerati numerosi modelli agli elementi finiti,
sia parziali che locali, si inoltre considerate
le configurazioni geometriche, di vincolo, di
carico transitorie; esse sono risultate di fondamentale importanza soprattutto per la
valutazione della complessa interazione tra la
facciata in cavi pretesi e la struttura della copertura, connesse tramite il tubo di sommità
di diametro 100 cm.
In sede di progetto costruttivo della facciata, lo studio Sobek, su incarico dell’Impresa
realizzatrice Teleya, ha redatto il progetto costruttivo della facciata ed effettuato ulteriori
modellazioni relazionandosi sia con Stahlbau
Pichler, ditta che ha redatto il costruttivo e
realizzato le strutture in acciaio, compreso il
tubo curvo di diametro 1.000 mm che con
Politecnica (progetto generale e direzione lavori). In particolare sono state eseguite:
- Analisi non lineari (teoria del secondo ordine)
del comportamento della facciata e del sistema
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Fig. 15 - Reazioni agli appoggi degli archi per carichi permanenti. Fig. 16 - Forze sui contrafforti per
carichi permanenti.
strutturale di copertura considerando molteplici, diverse, possibili imperfezioni costruttive.
- Analisi delle tensioni nei cavi di facciata e
conseguenze sul sistema di copertura assumendo molteplici combinazioni di carico
contenenti situazioni di carico asimmetriche
per il vento in facciata nonché variazioni termiche che comprendono gli effetti dell’irraggiamento solare, assunzioni non strettamente richieste dalle norme ma utili per verificare
39
a
b
c
Figg. 17 a, b, c - Analisi pilastri a forcella.
la sensibilità del sistema.
Complessivamente nella modellazione del
sistema copertura e facciata sono state considerate circa 300 combinazioni di carico. Per
quanto concerne la facciata è stato necessario valutare con particolare attenzione sia
le vibrazioni che le deformazioni, assolute e
relative; in particolare la limitazione delle deformazioni relative da vento è essenziale per
garantire l’integrità delle singole lastre di vetro (figura 18).
Sia in fase di progetto esecutivo che costruttivo si è fatto ricorso alla modellazione 3D non
solo per gli aspetti di analisi strutturale ma
anche per la rappresentazione grafica degli
elementi strutturali e dei collegamenti.
6. PROTEZIONE SUPERFICIALE
ED AL FUOCO DELLE STRUTTURE
Per tutte le strutture metalliche è stata richiesta una resistenza al fuoco pari a R60,
tale prescrizione era inoltre stata inizialmente estesa anche alla funi della facciata principale della galleria. In tal caso l’applicazione
di sistemi protettivi avrebbe drasticamente
modificato l’aspetto architettonico della facciata, pertanto i progettisti hanno identificato una diversa soluzione concordata con il
comando VVF di Modena:
- I cavi della facciata della galleria sono stati
previsti in funi di acciaio inox, maggiormente resistente al fuoco rispetto agli altri tipi
di acciaio, la determinazione delle azioni in
caso di incendio e le verifiche di resistenza
delle funi sono state condotte con un procedimento analitico considerando possibili
scenari di incendio.
- I profili strutturali della copertura, i pilastri a
40
forcella, sono invece stati protetti con idoneo
ciclo di verniciatura R60, il cui spessore è stato
determinato con calcolo analitico secondo le
norme UNI VVF 9503 ed EN 13381-4 .
La verniciatura è stata applicata con macchine a spruzzo in più mani (almeno 2) fino
ad ottenere lo spessore determinato analiticamente, tale spessore è risultato variabile a
seconda della massività dei profili (tra 0,58 e
1,62 mm per il tubo di facciata, tra 0,96 e 1,99
mm per le strutture di copertura). Il sistema
di verniciatura applicato è idoneo sia per ambienti interni che esterni (da C1 a C4 secondo
ISO 12944) ed è caratterizzato da rapida essicazione; è stato pertanto possibile, in seguito
ad esigenze di avanzamento del cantiere, iniziare l’applicazione della verniciatura prima di
ultimare la posa della lamiera e degli strati di
protezione sovrastanti.
Particolare attenzione è stata posta allo strato
di finitura superficiale degli elementi in vista
quali i pilastri a forcella.
7. IL CANTIERE, LE FASI
DI ASSEMBLAGGIO IN OFFICINA
ED IL MONTAGGIO
Propedeuticamente allo scavo di sbancamento per la realizzazione del basamento in c.a. è
stato realizzato un palancolato con elementi
tipo Larsen su tutto il perimetro della galleria
espositiva, al fine di evitare il rischio di cedimenti sia sulla Casa Natale (che distava solo
5,0 m dal bordo dello scavo) sia sui fabbricati
posti nei lotti adiacenti. I terreni superficiali
sono di tipo argilloso o limo argilloso e la falda
può raggiungere il piano di campagna, essendo la quota di posa del basamento interrato
a circa -5,0 dal suddetto piano, era necessa-
Fig. 18 - Analisi tensioni nei collegamenti del tubo di facciata.
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rio contrastare il pericolo di galleggiamento.
Sono stati pertanto realizzati circa 200 pali di
tipo trivellato in c.a. con diametro 60 cm e
lunghezza variabile
La platea di fondazione ed i muri controterra in
c.a. oltre che vincolo per le strutture di copertura costituiscono barriera impermeabile per
l’edificio, grazie all’inserimento di giunti in pvc
successivamente sigillati con resina posti lungo le linee di probabile fessurazione per ritiro.
Il montaggio delle strutture di copertura è iniziato dal tubo Ø 1000 sp. 20-40 mm a doppia
curvatura al quale è vincolata la facciata tensostrutturale di ingresso, i tubo è realizzato
con 11 conci di lunghezza variabile tra curvati
in un solo piano, l’assemblaggio è avvenuto
in quota ed è stato realizzato con saldature in
opera. L’appoggio provvisorio è stato realizzato con castelli a struttura reticolare (figura 20).
Nel progetto esecutivo di Politecnica i giunti
tra i conci di tubo erano previsti con giunti
bullonati a scomparsa con bulloni M32 di
tipo 10.9, durante i lavori l’Impresa ha proposto di realizzare i collegamenti con saldatura
in opera e dopo attento esame delle modalità operative proposte la Direzione Lavori ha
accettato la proposta.
Ogni collegamento è stato realizzato da due
operatori mediamente nell’arco di due giorni.
I due pilastri a forcella collegati al tubo tramite cerniere sferiche sono stati realizzati in
officina secondo le modalità descritte in precedenza, per ragioni di trasporto sono stati
portati in cantiere in due pezzi assemblati poi
Fig. 20 - Il tubo di facciata.
Fig. 21 - Progetto esecutivo del tubo di facciata.
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Fig. 22 - Trasporto pilastri a forcella.
Fig. 23 - Cerniera sferica a base pilastro.
Fig. 24 - Collegamento pilastro-tubo.
per saldatura a piè d’opera (figura 22). Il collegamento tra forcelle e basamento e tra forcelle e tubo è stato realizzato con cerniere sferiche collegate tramite bullonatura (figura 23) .
Per garantire adeguate tolleranze di montaggio tra pilastri a forcella e tubo di sommità, a
quest’ultimo è stato saldato un controtubo,
da innestare e saldare successivamente su
profilo tubolare collegato alla cerniera tramite flangia (figura 24).
Gli archi principali, ad asse rettilineo spezzato,
sono costituiti da 4 conci, ciascuno di essi presenta asse rettilineo, lunghezza massima 12
m, ed è stato assemblato tramite saldatura dei
vari profili presso l’officina di Stahlbau Pichler.
I conci di arco sono stati poi collegati a piè
d’opera, sul basamento in c.a., tramite bullonatura fino a costituire due semiarchi, ogni
giunto bullonato è di tipo flangiato .
L’unione dei semiarchi è avvenuta invece
in quota tramite l’impiego di due autogru
e della gru edile di cantiere, i vincoli tra gli
archi ed i contrafforti del basamento in c.a.
sono del tipo a cerniera, realizzata tramite
perni Ø 60 (figure 25, 26, 27).
Il montaggio degli archi è avvenuto procedendo dal lato facciata, dopo la posa di una
coppia di archi si è proceduto al montaggio
dei conci di reticolari secondarie con funzione di stabilizzazione, tutte le giunzioni tra i
conci di principali, secondarie e terziarie sono
di tipo bullonato, esse sono state realizzate in
quota con l’impiego di cestelli elevatori.
Terminato il montaggio delle strutture reticolari di copertura (primarie, secondarie e
terziarie) è iniziato, a partire dai lati opposti
in direzione longitudinale, il montaggio dei
pannelli di lamiera grecata (figure 28 e 29).
In merito alla facciata a cavi post tesi, la sequenza realizzativa è stata la seguente:
- Installazione dei nodi a cerniera di estremità e posa dei cavi.
- Pretensionamento dei cavi ( circa 200 kN ciascuno). Il pretensionamneto è stato effettua-
to in più riprese, tramite una coppia di martinetti applicati alle piastre di base, agendo per
contrasto sui tirafondi di ogni piastra.
- Posizionamento delle piastre di nodo, in acciaio inox, realizzate in fusione, vincolate su
ciascun cavo tramite morsetti.
- Posizionamento dei pannelli di vetrocamera semplicemente appoggiati alle piastre di
nodo, esso è avvenuto partendo dal basso.
- Posizionamento brise soleil tramite bulloni
e viti.
La sequenza di montaggio della facciata ha
tenuto in debito conto le situazioni transitorie proprie del sistema e del contorno; in
particolare sono state monitorate le temperature ambiente, la geometria della struttura
in acciaio di copertura in relazione alla mutevolezza delle condizioni climatiche e alla
sequenza di applicazione dei carichi. Il monitoraggio ha consentito di aggiornare con
tempestività e continuità i risultati dei modelli
di calcolo e dosare l’applicazione delle tensioni ai cavi, nonché modificare tempi e modi di
posizionamento delle lastre di conseguenza.
Figg. 25, 26, 27 - Fasi di montaggio archi principali.
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8. I PORTALI ANTISISMICI
DELLA CASA NATALE
La casa e l’annessa antica officina del padre di
Enzo Ferrari erano localizzate in un fabbricato
in muratura realizzato nella seconda metà del
XIX secolo, esso è stato oggetto di un restauro di tipo scientifico e trasformato in parte in
uffici della Fondazione (la ex casa) ed in parte
in spazio espositivo dedicato alla vita di Enzo
Ferrari (la ex officina).
La volontà progettuale di riportare la casa Natale alla sua realtà originaria, sia dal punto di vista degli spazi che dei materiali costituenti, ha
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Figg. 28, 29 - Fasi di montaggio della lamiera grecata.
comportato la rimozione di tettoie esterne e
l’eliminazione di pareti e porzioni di solaio realizzate dopo la vendita del fabbricato da parte
di Enzo Ferrari. La vecchia officina di carpenteria metallica del padre ha pertanto riacquistato una pianta di tipo basilicale, con copertura
a falde sorretta da capriate in legno appoggiate a lesene in muratura, inserite nella muratura
di mattoni a due teste perimetrale. Le costruzioni di tipo basilicale, in primis le chiese, sono
pienamente idonee a sopportare le forze gravitazionali ma si mostrano molto vulnerabili
nei confronti delle azioni sismiche, specie in
direzione trasversale. Per adeguare l’edificio ai
contemporanei livelli di sicurezza, richiesti in
particolare per gli edifici ad uso pubblico, sono
stati pertanto introdotti dei portali in acciaio,
con disposizione planimetrica ad X, costituiti
da tubi in acciaio di diametro 250 mm nervati
con piatti sagomati di larghezza variabile. La
connessione dei portali con le lesene murarie
di bordo, l’inserimento di cavi in acciaio armonico post tesi in sommità alle lesene stesse,
l’introduzione di diagonali in piatti di acciaio
al di sopra delle tavelle in laterizio di copertura ed all’interno dello strato isolante in lana di
legno, assicurano la trasmissione delle forze di
inerzia sismiche dalla copertura dell’edificio
al vespaio areato strutturale di fondazione.
L’inserimento dei portali, in funzione complementare alla scatola muraria con copertura
in legno, ha permesso lo scrupoloso restauro
scientifico del vecchio edificio: le murature, le
capriate in legno, le tavelle ed i coppi di copertura sono quelli originari. Il disegno dei
portali in acciaio antisismici li rende elementi
naturalmente integrati al sistema costruttivo
tradizionale in legno e muratura, pur nel loro
linguaggio moderno e nella loro funzione
strutturale, non immediatamente evidente per un pubblico non tecnico (figura 30).
Dr. ing. Fabio Camorani
Politecnica Ingegneria e Architettura, Modena
Dati tecnici
Superficie copertura galleria: 3.300 m²
Peso strutture di copertura
esclusi lucernai: 75,940 t
Peso tubo di facciata: 71,000 t
Peso pilastri a forcella: 9,300 t
Peso portali della Casa Natale: 13,800 t
CREDITS
Committente:
Fondazione Casa di Enzo Ferrari
Progetto architettonico:
Future Systems- Londra
Progetto strutturale e Direzione Lavori:
Politecnica Ingegneria e Architettura,
Modena, dr. ing. Fabio Camorani
Coordinamento discipline
specialistiche, Progetto impiantistico:
Politecnica Ingegneria e Architettura,
Modena – dr. ing. Francesca Federzoni,
dr. ing. Marcello Gusso, dr. ing. Francesco
Frassineti
Imprese esecutrici:
ATI tra CCC di Bologna (mandataria),
Consorzio Stabile Modenese,
Ing. Ferrari Impianti spa, ITE Group spa.
Impresa capogruppo:
Cooperativa di Costruzioni di Modena,
dr. ing. Giuseppe Coppi – Direttore tecnico
Progetto costruttivo di officina
e realizzazione delle strutture
di copertura, del tubo di facciata,
dei pilastri a forcella:
Stahlbau Pichler – Bolzano
Progetto costruttivo di officina
e realizzazione della facciata vetrata:
Teleya (Gruppo Coopsette), Calerno (PR)
Fotografie: © Studio 129 di Modena
Fig. 30 - Portali della casa natale.
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