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Grandi coperture, strutture reticolari spaziali; progetto della copertura di un impianto sportivo con struttura leggera a ''fogli'' triangolari

Alessio Zanoli

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Alessio Zanoli

La presente tesi di laurea ha sviluppato la progettazione di una grande copertura per un impianto sportivo, una piscina coperta. Uno dei principali temi di interesse era legato alla necessità di coprire luci di 50x70m senza affidarsi ad appoggi intermedi, ci si è orientati, perciò, sulle strutture reticolari spaziali.
Si definisce struttura reticolare spaziale un’ossatura tridimensionale costituita di elementi disposti in modo che i carichi esterni vengano assorbiti da tutte membrature, anche a notevole distanza dal carico stesso. Per questo tipo di strutture leggere, lo stato dell’arte risulta ormai consolidato, vengono utilizzate per coperture su grandi luci come per palazzi dello sport e hangar.
Esistono particolari tipi di strutture, riconducibili alle reticolari spaziali, che, per motivi di varia natura non si sono diffusi come le reticolari spaziali classiche, si tratta delle strutture a fogli piegati conosciute come "folded plates structures"; sono strutture complesse alla cui base sta un concetto molto intuitivo: la rigidezza di una struttura deriva dalla sua forma, si prenda ad esempio un semplice foglio, di qualunque materiale esso sia la rigidezza sarà pressoché nulla, se si piega questo foglio secondo più serie di linee parallele, si otterrà una rigidezza notevolmente superiore. Una copertura "folded plates" sottoposta ad azioni esterne, distribuisce gli sforzi sulle le linee di piegatura, proprio come le reticolari spaziali sulle aste.
Le "folded plates structures" furono studiate negli anni Sessanta, per lo più per essere realizzate in calcestruzzo armato, il ché portò una serie di svantaggi che ne pregiudicarono la diffusione, si riscontravano difficoltà in fase esecutiva, quindi la pesantezza del materiale poneva limiti sulle luci copribili, alcune realizzazioni vennero eseguite, ma la mancanza di economicità, in aggiunta ai problemi testé enunciati, le fece accantonare.
Lo sviluppo dei software di calcolo agli elementi finiti, unitamente all’evoluzione delle tecniche costruttive e all’utilizzo dell’acciaio strutturale, potrebbero portare nuova luce a questa tecnologia.
Ai fini del progetto, oggetto di questa trattazione, si è deciso di studiare una grande copertura del tipo "folded plates" realizzata con fogli triangolari in acciaio, connessi con chiodi ad alta resistenza sugli spigoli di piegatura, senza la necessità di un’ossatura portante venendo la stabilità globale garantita dalle azioni mutue tra i vari elementi triangolari.
Alla configurazione geometrica si è giunti attraverso un procedimento iterativo con l’ausilio del software Sap2000; si è creato il modello di una volta folded plates appoggiata alle estremità e di luce 50m, sono stati applicati i carichi di progetto e si sono valutati:
• Deformazioni;
• Spessore degli elementi triangolari che fosse presente sul mercato;
• Rigidezza complessiva.
Si è, quindi, affinato il modello introducendo le parti di testata.
Il materiale scelto è acciaio strutturale del tipo "cor-ten A", resistente anche agli agenti aggressivi del paesaggio urbano; lo spessore, assunto pari a 4mm per il predimensionamento, viene portato successivamente a 6mm per maggiore resistenza all’instabilità.
Lo studio dell’instabilità rappresenta uno dei punti più interessanti della trattazione, non essendo presente letteratura in merito per le "folded plates".
Per l’instabilità globale si sono seguite due vie: si è fatto riferimento a un guscio equivalente avente la stessa rigidezza della copertura reale e si è analizzata la struttura nella sua forma reale con l’ausilio di Sap2000, onde valutare i risultati e dedurre la difficile applicabilità a livello generale della prima, per via delle ipotesi stringenti che stanno alla base del metodo.
L’analisi dell’instabilità locale ha, invece, evidenziato i problemi di stabilità all’aumentare delle dimensioni degli elementi triangolari. Per l’aggancio della copertura al complesso esistente si è prevista la realizzazione di travi perimetrali reticolari in acciaio con maglie triangolari vetrate che garantiscano adeguate caratteristiche aero-illuminanti. A queste travi saranno collegati puntoni esterni opportunamente fondati, resi necessari dalle spinte ribaltanti che la nuova copertura esercita sulle strutture preesistenti.

I risultati ottenuti sono senza dubbio interessanti, permettono, infatti, di riabilitare le strutture "folded plates" attraverso l’utilizzo di materiali appropriati, mostrando potenzialità applicative che meriterebbero maggiore attenzione per la progettazione futura.


Dal punto di vista applicativo si è evidenziata tutta una serie di vantaggi operativi:
• Possibilità di standardizzare gli elementi costruttivi;
• Rapidità esecutiva;
• Possibilità di ricorrere a manodopera non specializzata;
• Riduzione dei costi come conseguenza dei punti precedenti;
• Possibilità di sostituire anche un solo elemento.

Una dalle parti più impegnative è quella relativa allo studio dell’instabilità della copertura; la mancanza di letteratura a riguardo per strutture complesse come quella in questione, ha significato procedimenti iterativi con vari strumenti e metodi più o meno tradizionali, che hanno permesso di trarre conclusioni importanti sull’applicabilità a livello generale dei metodi stessi.
Si ritiene di poter concludere che questa trattazione fornisca un metodo di approccio e analisi per queste strutture, applicabile al di là del singolo progetto proposto.

Studi

  • Laurea II ciclo (magistrale o specialistica) in Ingegneria edile/architettura
    conseguita presso Università degli Studi di Bologna nell'anno 2006-07
    con una votazione di 102 su 110
  • Diploma di maturità conseguito presso il Liceo scientifico
    con votazione 83/100°

Esperienze lavorative

  • Dal 2010 lavora presso ROVER POLIS nel settore Edilizia - Agenzie Immobiliari
    Mansione: Progettista strutturale

    Commento personale: PROGETTAZIONE STRUTTURALE CON C.A., ACCIAIO, LEGNO, MURATURA

  • Dal 2007 ha lavorato presso T.H.E.MA. SRL nel settore Edilizia - Agenzie Immobiliari
    Mansione: Progettista strutturale

Lingue straniere

  • Inglese parlato e scritto: buono

Conoscenze informatiche

  • Livello buono