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1.
IL PROGETTO ARCHITETTONICO: ELEMENTI di
ANALISI e SINTESI
1.1. ANAMNESI del LUOGO
1.1.1. Area di intervento
L’area d’intervento è collocata nel comune di Pisa, più precisamente nella zona di Cisanello in via Guido De Ruggiero.
Figura 1 Ortofoto dell'area
Si tratta di una zona periferica ben collegata con il centro prevalentemente residenziale, caratterizzata dalla presenza di verde urbano, sportivo e agricolo. Le strutture che emergono all’interno dell’area sono il CNR e la residenza universitaria “I Praticelli”, la restante parte sono tutti edifici a carattere residenziale su più piani.
2 Figura 3 Residenza universitaria ”I Praticelli”, Pisa
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1.1.2. Riferimenti normativi
L’UTOE di appartenenza è la n. 6, denominata Area Filtro Verde, in quanto il Regolamento Urbanistico prevede al suo interno la riorganizzazione del verde pubblico mediante la costruzione di un nuovo parco urbano e il potenziamento delle aree sportive presenti e la costruzione di nuove. Di seguito viene riportata la scheda norma relativa all’UTOE n.6.
SCHEDA n°06.1: CISANELLO – AREA FILTRO VERDE Descrizione generale del territorio interessato.
Il Piano Strutturale ha inserito l’intera area, di dimensione complessiva di circa 28 ettari, all’interno di una unica UTOE considerandola un sistema ambientale di connessione composto da vari spazi aperti a diversa tipologia di verde, rimasto libero a causa della mancata attuazione dell’asse attrezzato del piano Dodi-Piccinato.
Le aree comprese lungo l’asse nord-sud, che collega la zona agricola di Praticello, nel comune di San Giuliano Terme, con l’area delle Piagge in golena d’Arno, hanno varie dimensioni e destinazioni tali da mantenere libero e inalterato uno spazio interno ad un’area densamente urbanizzata.
Lo spazio aperto è caratterizzato dalla presenza di estensioni di territorio agricolo, oggi in abbandono, nella parte nord, aree a prevalente funzione sportiva contornate da orti urbani nella parte centrale e zone destinate a funzioni di tipo agricolo periurbano (orti serre etc.) a ridosso del cimitero di S.Michele, dove è tuttora presente un sistema di edifici rurali storici d’impianto leopoldino, in prossimità del viale delle Piagge.
Le tre zone descritte, anche se fanno parte di un unico sistema, sono fisicamente individuabili sul territorio perché delimitate dagli assi viari principali che collegano il centro storico della città con la nuova zona di espansione, via De Ruggiero, via Cisanello e nella scheda vengono trattate secondo tre comparti d’intervento ognuno dei quali fa riferimento a tipologie di utilizzo diverse, all’interno di un disegno unitario che ha come obbiettivo principale quello di favorire una fruibilità pubblica all’interno dell’area.
- Parco urbano S. Cataldo (comparto 1) - Area sportiva S. Cataldo (comparto 2)
4 Figura 5 Scheda-Norma 6.1 del Regolamento Urbanistico
5 PARCO URBANO S. CATALDO (comparto 1)
Descrizione del territorio
Il territorio interessato dalla scheda è compreso tra il confine con S. Giuliano, definito dal fosso dei Sei Comuni, e la via De Ruggiero ed è caratterizzato da un ampio spazio aperto a margine del quale si sono sviluppati gli insediamenti residenziali di Pisanova e le aree a servizi del quartiere di S. Cataldo.
Le caratteristiche ambientali principali dell’area sono quelle di avere mantenuto libero un corridoio ecologico interno ad un ambito densamente urbanizzato, necessario allo sviluppo di funzioni ecologiche utili a mantenere le condizioni bioclimatiche migliori per la zona e al tempo stesso permette di favorire processi d’integrazioni all’interno del quartiere.
L’attività agricola, quale funzione primaria di utilizzo di questa parte di territorio, è cessata negli ultimi anni a causa del progressivo sviluppo degli insediamenti, nonostante che queste aree marginali si trovino in continuità con l’area agricola di Praticello, località Ghezzano nel comune di S. Giuliano.
In questa zona la morfologia del territorio ha conservato l’orditura secondo gli assi principali della centuriazione ed è tutt’ora presente buona parte del sistema idraulico di origine storica:
- Fosso dei Sei Comuni
- Fosso S.Cataldo (proseguimento del fosso S.Marco, ex S.Iacopo ) - Fosso di Via di Padule
- Canale artificiale dei Sei Comuni (di recente realizzazione ) - Sistema delle scoline campestri
Da una attenta lettura dei luoghi, risultano evidenti situazioni di crisi ambientale derivate dalla precaria manutenzione e funzionamento del sistema idraulico, oltre a forme d’inquinamento delle acque di superficie che producono condizioni di difficile vivibilità alla zona, risultate ancora più evidenti da quando il territorio è in stato di abbandono.
Obiettivi e indicazioni progettuali generali
Il comparto considerato ha come obbiettivo prioritario quello di favorire le funzioni necessarie al mantenimento della integrità spaziale dell’area, salvaguardando le caratteristiche naturali, mediante l’eliminazione delle situazioni di crisi esistenti, in modo da diffondere agli ambiti urbani adiacenti nuovi contenuti e significati mirati ad un progetto di qualificazione ambientale.
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Le destinazioni d’uso previste, tengono presente il contesto circostante e sono coerenti con le funzioni originarie del territorio interessato riferito, in modo particolare, a quanto avviene sugli spazi aperti.
Per la parte più a nord confinante con il comune di S. Giuliano delimitata dal Fosso dei Sei Comuni e la nuova viabilità, il fosso di Via di Padule, il canale artificiale e l’area C.N.R. viene confermata la destinazione agricola di tipo periurbano, a vantaggio di colture a prevalente sviluppo biologico. Lungo i fossi e canali esistenti, all’interno delle fasce di rispetto previste, potranno essere realizzati percorsi pedonali e ciclabili in modo da favorire la fruibilità dell’area lungo l’asse di attraversamento principale nord-sud.
I percorsi e gli spazi di uso pubblico dovranno essere delimitati mediante la messa a dimora di alberature di specie autoctona, così come la definizione dei margini con le aree edificate e lungo la nuova viabilità, in modo da formare una barriera vegetale di protezione.
Nell’area libera, interna all’ambito urbano, compresa tra il canale artificiale e la via De Ruggiero è in atto, da tempo, un processo di rinaturalizzazione spontanea incontrollata, e questo causa delle condizioni di difficile vivibilità ambientale. L’obiettivo e quello di eliminare le situazioni di degrado, mantenendo inalterate le caratteristiche di naturalità dell’area mediante la realizzazione di un Parco Urbano Pubblico dotato di una minima quantità di servizi per il quartiere.
Tabella del riparto territoriale
AREA SPORTIVA S. CATALDO (comparto 2) Descrizione del territorio
La zona individuata è la parte centrale dell’area filtro verde di Cisanello, prevista dal Piano Strutturale, interna all’ambito residenziale di San Cataldo e compresa tra la via de Ruggero e la via Cisanello.
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L’area svolge, in prevalenza, una funzione a carattere sportivo per il quartiere, essendo dotata di due campi di calcio con relativi servizi a margine dei quali sono presenti spazi di verde pubblico di libera fruizione.
Anche in questo comparto le parti più interne dell’area, a ridosso degli edifici residenziali, sono abbandonate e presentano gli stessi problemi detti sull’area più a nord, anche se una buona parte dei terreni di proprietà pubblica viene coltivata ad orto dagli abitanti della zona.
Le caratteristiche ambientali prevalenti, dello spazio aperto considerato, sono dovute dalla presenza di spazi verdi alberati, nelle parti a margine dell’area sportiva, da mantenere e qualificare; dalla vecchia via di San Cataldo che conserva in questa area la storica giacitura e dalle scoline campestri orientate ancora secondo l’asse originario.
L’area di connessione include al proprio interno alcuni edifici residenziali lungo la via di Cisanello, e questo serve per mantenere una continuità fisica con la parte sottostante che si sviluppa intorno al cimitero di San Michele, immediatamente a ridosso del viale delle Piagge.
Il piano attuativo stabilirà le funzioni e le tipologie d’intervento sui manufatti esistenti interni all’area di connessione, dovrà comunque essere garantita una percorribilità pedonale e ciclabile lungo l’asse nord-sud e permettere l’attraversamento pedonale ciclabile di via Cisanello senza interferire con il traffico della zona.
Obiettivi e indicazioni progettuali generali
L’area dovrà mantenere in prevalenza le caratteristiche di polo sportivo di San Cataldo, ampliandosi in alcune parti in modo da offrire spazi di fruibilità pubblica al servizio del quartiere stesso, disposte principalmente lungo gli assi viari esistenti. Le superfici recintate, che di fatto impediscono una fruibilità pubblica, non dovranno essere superiori al 60% della superficie sportiva prevista dalla scheda.
Per quanto riguarda le zone libere, interne al comparto residenziale, viene indicata una utilizzazione a verde pubblico attrezzato nell’area dove sono presenti alberature di alto fusto, mentre per le parti prive di una vegetazione consistente si prevede una utilizzazione di tipo agricolo urbano in modo da garantire un riordino degli orti urbani esistenti e la realizzazione di nuovi per gli abitanti del quartiere, in particolar modo per le aree di proprietà pubblica.
8 Tabella del riparto territoriale
AREA AGRICOLA S. CATALDO (comparto 3) Descrizione del territorio
La parte inferiore dell’area di connessione, compresa tra la via di Cisanello e il viale delle Piagge in golena d’Arno, si caratterizza per la presenza del sistema edilizio rurale storico che ha conservato la morfologia originaria a causa della presenza del cimitero di San Michele e del conseguente vincolo d’inedificabilità prodotto alla zona circostante.
Siamo all’interno di un ambito caratterizzato da spazi aperti coltivati di tipo semintensivo a carattere urbano, dove sono presenti diverse tipologie agricole: abbiamo monoculture miste ad orti e frutteti che conferiscono un’alta qualità biologica e paesistica all’interno di una zona densamente urbanizzata.
Anche la viabilità presente al catasto leopoldino ha mantenuto le caratteristiche originarie, sia nel tracciato che nelle dimensioni , nonostante siano mutati i carichi urbanistici di zona. Via di Vietta, via di Parigi e via Cuppari erano gli assi viari lungo cui si sviluppavano gli insediamenti rurali compresi tra la via di Cisanello e il borgo San Michele, nell’area immediatamente a ridosso dell’Arno che ancora oggi ha mantenuto il toponimo le Piagge.
Gli elementi di crisi ambientale della zona derivano dal contrasto tra due realtà concepite in modo diverso, dove i fattori costitutivi partono da modelli di sviluppo opposti; la salvaguardia degli elementi naturalistici ed ambientali ancora presenti ha effetti positivi sull’intera zona mitigando l’impatto causato da insediamenti edilizi intensivi realizzati tenendo unicamente di conto di valori parametrici.
Obiettivi e indicazioni progettuali generali
In conseguenza a tutti gli elementi di analisi sviluppati nella fase di predisposizione del Piano Strutturale è possibile indicare gli obbiettivi di piano da realizzarsi tramite modalità attuative
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diverse, che terranno di conto di una realtà consolidata dove le linee d’indirizzo si muoveranno secondo il criterio della conservazione e qualificazione dell’esistente, sia per quanto riguarda gli spazi aperti che per quanto riguarda l’edificato interno all’area di connessione.
Le aree libere utilizzate ad orti urbani manterranno tele funzione cercando di migliorare la biodiversità della zona con l’introduzione specie vegetali arboree ed arbustive; per le parti abbandonate a ridosso del viale delle Piagge si prevede l’utilizzazione agricola urbana in coerenza con il resto.
Tabella del riparto territoriale
1.1.3. Attrezzature sportive a Pisa
In questa fase preliminare di studio del luogo e delle varie emergenze architettoniche, sono state analizzate le attrezzature sportive presenti nel comune di Pisa, in modo da verificare sia la carenza di un determinato servizio che lo stile architettonico adoperato. Nella figura seguente sono stati evidenziati i centri sportivi collocati nel comune di Pisa, e si è notato che l’unica piscina presente è quella situata nel Piazzale dello Sport. Questa piscina non risulta sufficiente ad accontentare la domanda totale degli utenti, in quanto risulta frequentata da studenti di tutte le fasce di età, e la costruzione di un’altra piscina risulterebbe sicuramente utile, anche pensando allo svolgimento di gare ed eventi sportivi che ora come ora non trovano spazio. Per quanto riguarda lo stile architettonico, l’emergenza architettonica sportiva più rilevante è sicuramente il Palazzetto dello Sport che ricorda lo stile del Palazzetto dello Sport di Roma ad opera di Nervi.
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Figura 6 Analisi delle strutture sportive, Pisa
11 Figura 8 Palazzetto dello Sport, Pisa
Figura 9 Palazzetto dello Sport, Roma
1.1.4. Obiettivi conseguiti
L’area di intervento è collocata nel comparto 2, dove è previsto uno sviluppo e un potenziamento delle strutture sportive esistenti e un loro ampliamento.
Per questo motivo si è deciso di edificare in questo lotto una piscina comunale e di adibire la restante parte a parco “sportivo” e parcheggio. In questo modo si andrebbe a sopperire alla mancanza di un servizio, andando a rispettare anche l’esigenza di creare un polmone verde all’interno della periferia.
Il parco “sportivo” è stato concepito proprio per dar modo agli utenti di praticare dell’attività sportiva all’aperto e per riorganizzare il verde urbano. Inoltre, la piscina risulta idonea sia ad un utilizzo prettamente agonistico che ad un utilizzo legato alla sfera del benessere, essendo dotata di un’ampia zona Solarium.
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1.2. TEMATICHE ARCHITETTONICHE
1.2.1. Analisi volumetrico - spaziali
Una fase molto importante, che funge da preludio alla creazione dell’idea vera e propria, è quella dell’informazione architettonica.
Le tematiche affrontate in questa fase sono le seguenti: - centri acquatici e piscine
- modularità;
- coperture e interni;
- sistemi di oscuramento su facciate vetrate.
Queste tematiche rappresentano i campi di studio e informazione da cui si è partiti per l’elaborazione dell’idea. In seguito, mediante un processo di sintesi, si è giunti all’elaborazione di cinque punti che descrivono a pieno l’architettura della struttura e motivano le scelte prese. I cinque punti sono:
- articolazione nello spazio: la struttura si staglia decisa nello spazio con forme geometriche semplici;
Figura 10 Piscina comunale nel Quartiere Romanina, Roma
L’edificio è stato concepito come un segno in grado di incidere sul territorio. L’organismo nasce come intersezione di due volumi dalle geometrie essenziali. La struttura di sostegno è composta da portali in legno lamellare
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opportunamente sbiancati. Particolare affidamento formale è stato assegnato al disegno delle facciate che si propongono di instaurare un dialogo tra lo spazio esterno e la campagna circostante.
- modulo: i pannelli in Granitogres disposti lungo la facciata scandiscono il ritmo dei prospetti conferendo proporzioni equilibrate e armoniose all’intera struttura. Anche nella Residenza Studentesca “I Praticelli” è presente uno schema modulare in facciata ottenuto mediante l’utilizzo di pannelli di rivestimento.
Figura 11 Residenza universitaria “I Praticelli”, Pisa
La Residenza Studentesca Praticelli nasce nell’ambito di un progetto di Project Financing finalizzato non solo alla creazione di nuovi alloggi per gli oltre 50.000 studenti presenti nell’Ateneo Pisano, ma anche alla riqualificazione di un’area ai limiti della città caratterizzata da un tessuto urbano disomogeneo. L’impianto urbanistico prevede un’area edificata verso la città di Pisa a sud e un grande parco urbano verso la zona residenziale del Comune di San Giuliano Terme a nord. La residenza studentesca si pone quale fulcro tra questi elementi ospitando al suo interno spazi ricettivi e per il tempo libero aperti ai cittadini e gli studenti non residenti. L’edificio, alto tre piani, è composto da un lungo corpo principale, orientato est-ovest, dedicato ai servizi e agli appartamenti per i professori, sul quale si innestano sei stecche di alloggi per studenti ciascuna individuata da un colore. Le testate sud dei sei blocchi ospitano le cucine ed i soggiorni di piano a servizio delle camere e sono collegati fra loro da cinque ponti che conferiscono così una permeabilità circolare all’edificio. Al piano terra e al piano primo del corpo principale si articolano funzioni collettive quali cucina e mensa, caffetteria, infermeria, ludoteca, spazio internet, sala musica, spazio commerciale, banca, palestra, sale video e convegni, auditorium, sale studio, biblioteca. Le diverse funzioni sono collegate da un volume a doppia altezza che, attraverso una grande vetrata, si affaccia a nord sul parco, sul quartiere e sui Monti Pisani. Questa, progettata dallo Studio Sobek, presenta un innovativo sistema costruttivo in cui le lastre di vetro sono sostenute unicamente da cavi di acciaio e morsetti conferendo particolare leggerezza alla struttura. Un alto grado di ingegnerizzazione caratterizza tutto l’edificio che è stato costruito con budget ridotto grazie alla diffusa applicazione della prefabbricazione ed ad un’attenzione alle caratteristiche dei materiali in fase progettuale. Come i rivestimenti delle facciate ventilate, studiati in base alle misure della produzione di fabbrica dei rotoli di lamiera in zinco titanio e delle lastre in legno bachelizzato, per evitare quanto più possibile gli sfridi di materiale.
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- volumetria: i volumi utilizzati sono semplici e sovrapposti per creare movimento e giochi di luci e ombre.
Figura 12 Museo Folkwang, Hessen
Il nuovo edificio di David Chipperfield Architects completa l’edificio originale, continuando il principio architettonico in un insieme di sei strutture e quattro cortili interni, con giardini e gallerie. Le aree accessibili al pubblico si collegano senza soluzione di continuità con gli spazi espositivi esistenti. Una scala porta dalla Bismarckstraße nel nuovo foyer, che prende la forma di un cortile interno aperto con un ristorante e una libreria, ed è protetto dalla strada da una facciata in vetro. I visitatori sono accolti in una successione di stanze diverse – spazi espositivi con altezze del soffitto fino a sei metri, biblioteca e sala lettura, sala multifunzionale, spazio eventi, depositi e zone di restauro. Il cemento levigato è stato utilizzato per i pavimenti, che è simile, per colori e texture, alla pietra utilizzata per le colonne. La facciata traslucida è costituita da grandi lastre quadrate in vetro riciclato. Il colore della facciata varia con la naturale evoluzione della luce. Le aperture delle finestre è integrata a filo con la facciata. L’estensione è allineata verso il centro di Essen, e insieme al vicino Cultural Studies Institute aggiunge un nuovo accento architettonico urbano.
- corrispondenza tra pianta e alzato: questo stratagemma architettonico rende più legibile e chiara la struttura e la distribuzione delle funzioni all’interno;
15 Figura 13-14 Anchorage Museum, Alaska
Il nuovo edificio è costituito da cinque volumi lineari di varia lunghezza e altezza collocati lungo il lato ovest dell’edificio esistente. Questa articolazione nello spazio crea un nuovo prospetto e un nuovo ingresso proprio nel centro di Anchorage. Il nuovo edificio presenta molte vetrate dalle quali è possibile ammirare l’interno del museo. I visitatori dall’interno dell’edificio possono orientarsi nella città e il vetro della facciata riflette il cielo e le montagne del paesaggio naturale. I principali spazi pubblici sono identificati dall’uso di un colore o di un materiale diverso per conferire loro un’identità ben definita. Le vetrate sono collocate in tutti gli spazi di non esibizione e anche in alcuni adibiti alle esibizioni.
- dinamismo: il dinamismo è ottenuto mediante l’utilizzo di semplici frangisole cilindrici in alluminio che movimentano le varie facciate formando un’onda che rimanda all’idea dell’acqua.
Figura 15 Palm Island, China
Il progetto “Palm Island” consta di cinque “isole fluttuanti” situate lungo le rive del bacino Qing Nian e del lago Palm Spring. La forma degli edifici prende spunto dalla conformazione geografica del luogo, specialmente dal lago e dal bacino. Infatti, l’acqua è l’elemento chiave dell’intero progetto, che combinata con le luci creano dei riflessi cangianti che fanno sembrare gli edifici galleggianti sull’acqua.
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1.2.2. Acqua e Architettura: il risparmio energetico
Il binomio Acqua e Architettura è strettamente legato al risparmio energetico, in quanto nelle piscine e negli impianti natatori in genere presentano grandi criticità dal punto di vista dei consumi energetici e queste problematiche meritano di essere oggetto non solo di un’attenta progettazione, ma anche di un’attenta gestione e manutenzione al fine di contenere i consumi. In generale possiamo dire che le piscine rappresentano quanto di più “energivoro” si possa immaginare in termini di consumi termici, elettrici ed idrici. L’ambiente interno di una piscina è del tutto atipico rispetto ad altri tipi di edilizia.
Secondo quanto riportato dagli studi effettuati dall’associazione Carbon Trust le piscine consumano cinque volte più energia, al metro quadrato, di qualsiasi altro edificio per il terziario. La maggior parte dei consumi sono dovuti a:
- Riscaldamento e condizionamento degli ambienti; - Riscaldamento e trattamento acqua.
Le criticità progettuali sono quindi dovute essenzialmente al mantenimento della temperatura degli ambienti e dell’acqua delle vasche e alla garanzia del benessere termoigrometrico e quindi il controllo dell’umidità.
La scelta della temperatura interna è una questione piuttosto controversa ma dipende essenzialmente dal tipo e dalla destinazione d’uso dell’impianto. Le normative consigliano di mantenere per l’ambiente una temperatura di 1 o 2 gradi superiore a quella dell’acqua della vasche. In base alla tipologia di piscina la temperatura degli ambienti interni può arrivare a dover essere mantenuta anche a 30°C. Una temperatura del genere aumenta notevolmente le dispersioni rispetto a locali con altre destinazioni d’uso normalmente tenuti ad una temperatura di circa 20°C e richiede anche la necessità di riscaldamento per tutti e nove i mesi non estivi.
Dei rimedi validi da tenere in considerazione nella fase di progettazione sono:
- Interventi sull’involucro esterno: l'involucro edilizio è il primo elemento sul quale
lavorare, infatti, operando un corretto isolamento e orientamento della struttura, con l'utilizzo di sistemi di coibentazione e adeguati ombreggiamenti, si possono ridurre i fabbisogni invernali come estivi, con software gestionali che monitorano il risparmio energetico ed idrico. Tutti i sistemi sono pensati per utilizzare il calore a bassa temperatura (circa 45°C), prodotto dalle pompe di calore, dal riscaldamento della struttura (con sistemi di tipo radiante) fino agli scambiatori acqua – piscina,
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dimensionati per funzionare a bassa temperatura e alimentati ad alta temperatura solo durante le fasi di carico delle vasche.
La filosofia di risparmio energetico si fonda, anche, sulla scelta di materiali bio – compatibili per la costruzione. A tal proposito il legno lamellare è il materiale green per eccellenza.
- Le soluzioni per ridurre i consumi: per ridurre al minimo i consumi e le emissioni in
atmosfera, si può scegliere come fonte rinnovabile primaria l’energia geotermica, sotto forma di recupero termico da acqua di falda, attraverso l’utilizzo di due pompe di calore geotermiche per il riscaldamento e la climatizzazione. Le pompe di prelievo dell’acqua di falda a portata variabile sono gestite in funzione dell’effettivo fabbisogno di energia richiesto dalle pompe di calore. Oltre allo sfruttamento dell’energia geotermica è possibile anche fare affidamento su un impianto solare termico in grado di garantire la produzione di circa il 40 % del fabbisogno di acqua calda sanitaria. - L’adozione di sistemi d recupero acqua e calore in piscina: il rinnovo giornaliero dell’acqua, secondo le indicazione della UNI 10637:2006, dovrebbe essere almeno del 5%, valore che può scendere al massimo fino al 2,5% in determinate condizioni e che può essere sospeso in caso di chiusura dell’impianto. Il calore recuperato può essere ceduto all’acqua di reintegro proveniente dall’acquedotto, diminuendo in modo significativo il calore necessario al riscaldamento.
Altri fattori determinanti al fine della riduzione del fabbisogno energetico delle piscine sono: - Opportuno isolamento di tutte le superfici disperdenti;
- Sistemi di ventilazione a elevatissimo risparmio energetico;
- Utilizzo di sistemi a basso consumo notturno per il riscaldamento delle piscine, integrato all’adozione di sistemi di copertura.
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1.3. FILOSOFIA di PROGETTO
Il concept progettuale nasce dall’elaborazione di due caratteristiche proprie dell’acqua, ossia, la semplicità della struttura molecolare e la fluidità.
1.3.1. Purezza nelle forme
La disposizione delle funzioni e l’organizzazione generale della struttura nello spazio riprendono la semplicità della struttura molecolare dell’acqua.
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L’acqua è costituita da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno che insieme formano tre cerchi, di cui uno di diametro maggiore (ossigeno) e gli altri di due di diametro minore (idrogeno). La forma della pianta nasce proprio da questa disposizione molecolare, più precisamente, in corrispondenza di questi cerchi sono stati disposti gli ingressi alle diverse utenze.
In corrispondenza dei due cerchi minori sono stati collocati rispettivamente gli ingressi degli utenti della piscina e del pubblico, mentre, in corrispondenza del cerchio di diametro maggiore è stata collocata la pedana in legno della zona Solarium e, quindi, l’accesso degli utenti del Solarium. Questi ingressi sono stati collegati i pianta mediante dei rettangoli all’interno dei quali sono stati disposti la vasca della piscina e i vari servizi (bar, spogliatoi, docce, bagni, hall).
Per poter far risaltare la presenza di questi cerchi anche in alzato, in corrispondenza di questi ingressi sono state collocate delle aiuole ad arco di cerchio.
Un’altra caratteristica della pianta è la presenza di un modulo che mette in relazione i cerchi e i blocchi rettangolari fra di loro, infatti, i cerchi sono legati da un rapporto di 1:2, mentre i blocchi rettangolari da un rapporto di 1:3.
1.3.2. La fluidità
La fluidità, tipica proprietà dell’acqua, è simulata in prospetto tramite dei frangisole in alluminio che sono disposti in modo da poter formare un’onda.
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1.3.3. Nuclei funzionali
La struttura presenta tre ingressi principali che si distinguono per il tipo di fruizione. I tre accessi, visibili anche in figura 18, sono i seguenti:
1. accesso per il pubblico;
2. accesso per i fruitori della piscina; 3. accesso per gli utenti del Solarium.
Figura 18 Planimetria con accessi indicati
All’interno della struttura si possono distinguere i seguenti nuclei funzionali: 1. piscina;
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3. zona Solarium;
4. spazi per la ristorazione; 5. zone di sosta e hall; 6. tribuna;
7. spazi per l’emergenza e infermeria.
Figura 19 Pianta del Piano Terra con nuclei funzionali
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1.3.4. Assetto planimetrico
La genesi della planimetria esordisce con il problema della collocazione spaziale dell’edificio nel contesto. In questo caso si è cercato di disporre la struttura in modo tale da distaccarsi dalla direttrice del bordo stradale andando così a creare percorsi dinamici e migliorare l’accessibilità. In seguito si è cercato di schermare l’area di intervento dalle zone circostanti mediante della folta vegetazione, in modo da riparare la zona del Solarium e da circoscrivere i percorsi adibiti allo jogging.
Figura 21 Schermature
La struttura presenta due accessi, uno carrabile che porta direttamente al parcheggio e uno per i pedoni. Per i pedoni sono stati tracciati dei percorsi indicati dalla presenza di elementi lignei e di panchine che rendono il tragitto più vario.
Gli elementi di arredo urbano utilizzati sono di tue tipi: portali e colonne in legno. Entrambi definiscono un percorso conferendo dinamismo al luogo.
23 Figura 22 Elementi di arredo urbano disposti lungo i vari percorsi pedonali
In sintesi, in planimetria sono distinguibili due aree diverse: quella adibita a parcheggio e quella adibita a parco. Nell’area adibita a parco, oltre alla zona giochi, sono stati tracciati dei percorsi dove passeggiare o praticare jogging.
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1.4. PROPOSTE di PROGETTO
1.4.1. Descrizione generale del complesso
La struttura è costituita da due corpi principali rettangolari che si intersecano:
- uno in acciaio dove sono dislocati i vari servizi (zona ristorazione, bagni, spogliatoi ecc…); - uno in legno lamellare dove è collocata la vasca della piscina.
Distaccato da quest’ultimi c’è anche un altro blocco in acciaio all’interno del quale sono contenuti i servizi della zona Solarium.
In corrispondenza dell’intersezione fra i due blocchi, precedentemente descritti, vi è la tribuna per gli spettatori.
Nella figura seguente è riportato un modello 3D semplificato nella quale sono evidenziate, con colori diversi, le varie zone di utenza. Più precisamente:
- il blocco rosso è la zona per il pubblico dove sono contenuti la hall di ingresso, la zona ristorazione, i servizi igienici e la tribuna al primo piano;
- il blocco celeste è la zona per gli utenti della piscina dove sono inseriti gli spogliatoi e i servizi igienici;
- il blocco blu, invece, è la zona per gli utenti del Solarium, contenente la pedana in legno, gli spogliatoi, i servizi igienici e anche una piccola vasca all’aperto di altezza 1,50 m.
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Di seguito, sono riportate e descritte tutte le scelte progettuali e le tecniche utilizzate per la realizzazione del complesso.
1.4.2. Il materiale strutturale
Il blocco all’interno del quale è inserita la vasca della piscina è in legno lamellare.
Realizzare le nuove costruzioni in legno lamellare è una tendenza nata per rispondere alle nuove esigenze del vivere contemporaneo. La razionalizzazione dei consumi ed il risparmio energetico sono infatti prerogative sempre più importanti nella valutazione di un immobile in vendita o di un progetto in cantiere.
Le costruzioni in legno lamellare presentano tutti i requisiti propri degli immobili energeticamente efficienti. Il legno è per natura un ottimo isolante che consente di ridurre i ponti termici e lo scambio di calore con l’esterno. In ogni stagione, un edificio in legno lamellare garantisce la perfetta climatizzazione degli spazi interni ed un habitat caldo d’inverno e fresco d’estate. La possibilità di coprire grandi luci è un altro aspetto importante del legno lamellare, che risulta sempre più usato negli ambienti che necessitano di grandi coperture.
In sintesi, i vantaggi della carpenteria in legno sono:
1. progettuali
- possibilità di realizzare tutte le forme architettoniche desiderate; - bellezza naturale per grandi prestazioni di resistenza;
- buon comportamento con azioni di tipo sismico.
26 2. energetici
- materiale da costruzione con un buon potere isolante;
- facile raggiungimento per un edificio in legno di ottime performance termiche; - poco dispendio energetico dalla produzione alla realizzazione della struttura.
3. tutela del clima e dell’ambiente
- materiale naturale e rinnovabile;
- nessuno scarto di materiale durante le fasi di lavorazione;
- pulito, sano e confortevole: bassissima emissione di 𝐶𝑂2 per la realizzazione.
4. esecutivi
- garanzia di tempi di costruzione rapidi grazie alla prefabbricazione ed alla facilità di movimentazione;
- facilità di montaggio.
Figura 26 Copertura di una piscina in legno lamellare
Il problema del legno è che, essendo un materiale naturale, è soggetto ai cambiamenti climatici. I principali danni causati dall’umidità, dai raggi UV e da attacchi fungini, sono:
- movimenti e ritiri: è importante selezionare bene la specie legnosa e la qualità della tavola sulla base di esigenze progettuali in modo che non si verifichino ritiri, rigonfiamenti o deformazioni differenziali fra i vari elementi. Tali fenomeni, infatti, possono compromettere la corretta funzionalità del sistema di fissaggio;
27 Figura 27 Movimenti e ritiri
- degrado biologico: il legno, essendo un materiale naturale, può essere attaccato da insetti o funghi xilofagi. E’ importante scegliere un materiale che abbia classe di durabilità adeguata all’ambiente in cui verrà inserito ed evitare innalzamenti localizzati di umidità;
Figura 28 Danno biologico
- modifica del colore nel tempo: il legno nel corso del tempo cambia colore, per questo motivo, risulta fondamentale conoscere la sua modifica cromatica nel tempo.
28 Figura 29 Modifiche cromatiche
Per tutti questi fenomeni la soluzione più efficace è quella di sottoporre il materiale a dei trattamenti di impregnatura e all’applicazione di prodotti vernicianti impermeabili, capaci di resistere ai funghi e ai raggi UV, dotati di elevata plasticità e di un basso coefficiente di dilatazione termica per essere coerenti con il materiale sul quale vengono applicati.
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1.4.3. La facciata
Il rivestimento esterno è costituito da una facciata ventilata con pannelli in ceramica bioattiva. La facciata ventilata è una soluzione tecnica adottata in campo edilizio che consiste nella creazione di un involucro esterno “intelligente” per qualsiasi tipo di edificio o fabbricato. Questa “pelle” garantisce, attraverso un cuscinetto d’aria mantenuto tra la facciata esterna e i muri dell’edificio, il benessere termo – igrometrico abbattendo così i costi di gestione. Inoltre, i rivestimenti esterni ricoprono un ruolo importante anche per l’impatto estetico dell’edificio, per la qualificazione dello spazio urbano e per la sua integrazione nel paesaggio circostante.
Figura 30 Facciata ventilata
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I pannelli in ceramica bio – attiva sfruttano le proprietà di un innovativo trattamento antibatterico a base di argento, in grado di eliminare i principali ceppi batterici anche in completa assenza di luce. Il trattamento applicato nella massa delle piastrelle rende l’azione antibatterica insensibile all’usura e alle sollecitazioni del tempo, qualificando queste innovative lastre ceramiche per l’impiego in ambienti a elevatissimo traffico.
31
La ceramica bio – attiva presenta molteplici caratteristiche:
- caratteristiche fotovoltaiche (che consentono in presenza di irraggiamento luminoso di decomporre le sostanze organiche e gli inquinanti sulla superficie delle piastrelle, garantendo proprietà autopulenti e di purificazione dell’aria);
Figura 32 Proprietà auto - pulenti
- caratteristiche di super – idrofilia (capacità di autodetergersi);
Figura 33 Proprietà di super - idrofilia
32
1.4.4. Gli interni
La pavimentazione interna è costituita da piastrella in gres, in quanto, sono pavimenti ideali a sopportare gli stress fisici, meccanici e chimici che si possono trovare all’interno di una piscina. Le diverse superfici anti – scivolo sono tutte realizzate creando una rugosità naturale, in modo da garantire la durata nel tempo dei coefficienti anti – scivolo originali.
Figura 34 Pavimentazione in gres
Il bordo piscina presenta un sistema di tipo finlandese. Questa soluzione permette di rendere la piscina uno specchio d’acqua uniforme che si integra bene nel contesto circostante.
33
Inoltre, il vero vantaggio è dato dalla presenza di un sistema di ricircolo che permette di portare l’acqua alla filtrazione, di disinfettarla e immetterla di nuovo nella vasca. L’acqua della piscina fluisce nel canale perimetrale e da questo si riversa in una vasca, detta “vasca di compenso”.
Figura 36 Sistema di ricircolo
Da qui viene poi aspirata nell’impianto di filtrazione e successivamente inviata in piscina. La qualità dell’acqua risulta così nettamente superiore che nel sistema a skimmer, poiché lo strato d’acqua inquinato, quello in superficie, viene costantemente purificato dai residui organici. Le finiture utilizzate per il bordo piscina sono generalmente il klinker ceramico od il gres porcellanato. Gli stessi materiali possono essere utilizzati per l’interno della vasca, che può anche essere realizzato con pannelli modulari prefabbricati, assemblati in fabbrica. Nel caso di vasche piccole, è possibile utilizzare il dispositivo per il nuoto controcorrente, che crea
un flusso di corrente tale da permettere di nuotare.
Un altro elemento fondamentale è l’illuminazione. Sapientemente studiata è in grado di trasformare completamente la percezione dello specchio d’acqua. A tal proposito possono essere utilizzati i tradizionali fari subacquei, ma i risultati più affascinanti si ottengono con i led, bianchi o colorati.
34
2. IL PROGETTO delle STRUTTURE: ELEMENTI in LEGNO
LAMELLARE
2.1. ANALISI dei CARICHI
2.1.1. Pesi permanenti portati
La struttura in legno lamellare è costituita da portali con incastri alla base e in cima. I pilastri sono a sezione variabile, partono con una sezione di dimensioni 1,40 X 0,24 m e arrivano in cima con una sezione di dimensioni 2,40 X 0,24 m. Anche la trave principale presenta una sezione trasversale variabile a causa della pendenza della copertura (parte con una sezione di dimensioni 2,20 X 0,24 m e termina con una sezione di dimensioni 1,60 X 0,24 m), in mezzeria la sezione è di dimensioni 1,80 X 0,24 m, mentre le travi secondarie hanno una sezione rettangolare di dimensioni 0,30 X 0,20 m.
La copertura è costituita da un pannello Deck (pannello coibentato) e da una guaina impermeabilizzante, quindi, il peso complessivo sarà:
𝑝𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑙𝑙𝑜 𝐷𝑒𝑐𝑘+ 𝑝𝑔𝑢𝑎𝑖𝑛𝑎 = 20 + 12 = 32
𝑘𝑔
𝑚2 = 0,32
𝑘𝑁 𝑚2
Figura 37 Pannello Deck coibentato
Dalla tabella seguente si può ricavare lo spessore della lamiera in base al carico e alla distanza fra gli appoggi. Nel caso seguente è sufficiente uno spessore di 50 mm essendo la luce di 1,85 m e il carico di 0,80 𝑘𝑁
𝑚2 (comprensivo del carico neve calcolato nel par. 1.4.).
35
Il peso degli impianti sarà stimato pari a 0,2 𝑚𝑘𝑁2 , quindi in totale il peso permanente portato della copertura e degli impianti sarà di 0,4 𝑚𝑘𝑁2.
La facciata vetrata presente sia sula lato breve che lungo della struttura ha un peso di 0,6 𝑘𝑁𝑚2.
2.1.2. Azione del vento
Il vento, la cui direzione si considera generalmente orizzontale, esercita sulle costruzioni azioni che variano nel tempo e nello spazio provocando, in generale, effetti dinamici.
La velocità di riferimento 𝑣𝑏 è il valore caratteristico della velocità del vento a 10 m dal suolo su un terreno di categoria di esposizione II, mediata su 10 minuti e riferita ad un periodo di ritorno di 50 anni.
In mancanza di specifiche ed adeguate indagini statistiche 𝑣𝑏è data dall’espressione: 𝑣𝑏= 𝑣𝑏,0 𝑝𝑒𝑟 𝑎𝑠 ≤ 𝑎0
𝑣𝑏 = 𝑣𝑏,0+ 𝑎0(𝑎𝑠− 𝑎0) 𝑝𝑒𝑟 𝑎0 ≤ 𝑎𝑠 ≤ 1500 𝑚 dove:
𝑣𝑏,0 , 𝑎0, 𝑘𝑎 sono parametri tabellati e legati alla regione in cui sorge la costruzione in esame, in funzione delle zone definiti dalla norma;
𝑎𝑠 è l’altitudine sul livello del mare del sito dove sorge la costruzione.
Nel caso in esame, la costruzione sorge a Pisa, per la regione Toscana avremo i seguenti parametri:
𝑣𝑏,0 = 27 𝑚 𝑠⁄ 𝑎0 = 500 𝑚
𝑘𝑠 = 0,020 1 𝑠
Pressione del vento
La pressione del vento è data dalla seguente espressione: 𝑝 = 𝑞𝑏𝑐𝑒𝑐𝑝𝑐𝑑
36
dove:
𝑞𝑏 è la pressione cinetica di riferimento;
𝑐𝑒 è il coefficiente di esposizione;
𝑐𝑝 è il coefficiente di forma, funzione della tipologia e della geometria della costruzione e del suo orientamento rispetto alla direzione del vento;
𝑐𝑑 è il coefficiente dinamico con cui si tiene conto degli effetti riduttivi associati alla non
contemporaneità delle massime pressioni locali e degli effetti amplificativi dovuti alle vibrazione strutturali.
Azione tangenziale del vento
L’azione tangente del vento per unità di superficie parallela alla direzione del vento è data dall’espressione:
𝑝𝑓 = 𝑞𝑏𝑐𝑒𝑐𝑓
dove:
𝑐𝑓 è il coefficiente d’attrito, funzione della scabrezza della superficie sulla quale il vento esercita
l’azione tangente.
Nel caso in esame l’azione tangenziale del vento agirà soltanto in copertura, quindi, alla quota z = 10 m:
𝑝𝑓 = 0,02 ∗ 970 = 19,40
𝑁 𝑚2
Pressione cinetica di riferimento
La pressione cinetica di riferimento 𝑞𝑏 è data dall’espressione:
𝑞𝑏= 1 2𝜌𝑣𝑏2 = 1 21,25 ∗ 272 = 455,62 𝑁 𝑚2 dove:
37
𝜌 è la densità dell’aria assunta convenzionalmente costante pari a 1,25 𝑚𝑘𝑔3.
Coefficiente di esposizione
Il coefficiente di esposizione 𝑐𝑒 dipende dall’altezza z su suolo del punto considerato, dalla
topografia del terreno, e dalla categoria di esposizione del sito ove sorge la costruzione. In assenza di analisi specifiche che tengano in conto la direzione di provenienza del vento e l’effettiva scabrezza e topografia del terreno che circonda la costruzione, per altezze sul suolo non maggiori di z = 200 m, esso è dato dalla formula:
𝑐𝑒(𝑧) = 𝑘𝑟2𝑐𝑡ln( 𝑧 𝑧0) [7 + 𝑐𝑡ln( 𝑧 𝑧0)] 𝑝𝑒𝑟 𝑧 ≥ 𝑧𝑚𝑖𝑛 𝑐𝑒(𝑧) = 𝑐𝑒(𝑧𝑚𝑖𝑛) 𝑝𝑒𝑟 𝑧 < 𝑧𝑚𝑖𝑛 dove:
𝑘𝑟, 𝑧0, 𝑧𝑚𝑖𝑛 sono assegnati in funzione della categoria di esposizione del sito ove sorge la
costruzione;
𝑐𝑡 è il coefficiente di topografia.
La classe di esposizione è assegnata in base alla posizione geografica del sito e alla classe di rugosità del terreno, mentre è indipendente dall’altitudine.
Il coefficiente di topografia 𝑐𝑡 è posto generalmente pari a 1, sia per le zone pianeggianti sia per quelle ondulate, collinose o montane.
Nel caso in esame la zona è considerata area urbana industriale appartenente alla classe di rugosità del terreno B, categoria III, quindi, i parametri assumono i seguenti valori:
38
Il coefficiente di esposizione alle diverse altezze assumerà i seguenti valori: 𝑐𝑒(5) = 1,70 𝑝(5) = 774,55 𝑚𝑁2 𝑐𝑒(6) = 1,81 𝑝(6) = 824,67 𝑚𝑁2 𝑐𝑒(7) = 1,91 𝑝(7) = 870,23 𝑚𝑁2 𝑐𝑒(8) = 1,99 𝑝(8) = 906,68 𝑚𝑁2 𝑐𝑒(9) = 2,06 𝑝(9) = 938,57 𝑚𝑁2 𝑐𝑒(10) = 2,13 𝑝(10) = 970,47 𝑚𝑁2
Per la valutazione della pressione esterna si assumerà: - per elementi sopravvento 𝑐𝑝𝑒 = +0,8
- per elementi sottovento 𝑐𝑝𝑒 = +0,6
Per la valutazione della pressione interna si assumerà: 𝑐𝑝𝑖 = ±0,2
39 𝑪𝒑= +𝟎, 𝟖 p(5) = 619,64 N/mq p(6) = 659,73 N/mq p(7) = 696,18 N/mq p(8) = 725,34 N/mq p(9) = 750,85 N/mq p(10) = 776,37 N/mq 𝑪𝒑= 𝟏 p(5) = 774,55 N/mq p(6) = 824,67 N/mq p(7) = 870,23 N/mq p(8) = 906,68 N/mq p(9) = 938,57 N/mq p(10) = 970,47 N/mq 𝑪𝒑= −𝟎, 𝟔 p(5) = - 464,40 N/mq p(6) = - 494,80 N/mq p(7) = - 522,13 N/mq p(8) = - 544,00 N/mq p(9) = - 563,14 N/mq p(10) = - 582,28 N/mq 𝑪𝒑= −𝟎, 𝟐 p(5) = - 154,80 N/mq p(6) = - 164 N/mq
40
p(7) = - 174,04 N/mq p(8) = - 181,33 N/mq p(9) = - 187,71 N/mq p(10) = - 194,09 N/mq
Figura 39 Schema dell’azione del vento
2.1.3. Azione della neve
Il carico provocato dalla neve sulla copertura sarà valutato mediante la seguente espressione: 𝑞𝑠 = 𝜇𝑖𝑞𝑠𝑘𝐶𝑒𝐶𝑡
dove:
𝜇𝑖 è il coefficiente di forma della copertura opportunatamente tabellato; 𝑞𝑠𝑘 è il carico neve sulla copertura;
𝐶𝑒 è il coefficiente di esposizione;
𝐶𝑡 è il coefficiente termico. Essendo Pisa in zona III si avrà:
𝑞𝑠𝑘 = 0,60 𝑘𝑁
𝑚2 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑠 ≤ 200 𝑚
La zona risulta di topografia normale dato che è un’area in cui non è presente una significativa rimozione di neve sulla costruzione prodotta dal vento, a causa del terreno, altre costruzioni o alberi, quindi, 𝐶𝑡 = 1.
41
Il coefficiente di forma 𝜇𝑖 dipende dal tipo di copertura ed è tabellato in normativa in base all’inclinazione delle falde, nel caso seguente, essendo la copertura piana con una pendenza del 2% allora il valore di 𝜇𝑖 = 0,8 (per 0° ≤ 𝛼 ≤ 30°).
In definitiva il carico neve sarà:
𝑞𝑠 = 0,60 ∗ 0,8 = 0,48 𝑘𝑁 𝑚2
2.1.4. Azione sismica
L’azione sismica è stata stimata facendo riferimento alla pericolosità sismica di base del sito di costruzione, definita in termini di:
- 𝑎𝑔 accelerazione orizzontale massima attesa in condizioni di campo libero su sito di
riferimento rigido, con superficie topografica orizzontale (cat.A)
- 𝑆𝑒(𝑇) ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente,
con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza Probabilità di superamento
La probabilità di superamento del periodo di riferimento 𝑃𝑉𝑅 cui riferirsi per individuare l’azione sismica agente in ciascuno degli stati limite considerati è tabellato in normativa.
Tempi di ritorno
Il tempo di ritorno dell’azione sismica su ciascuna costruzione è valutato in relazione al periodo di riferimento 𝑉𝑅 = 𝑉𝑁∙ 𝐶𝑈 e alla probabilità di superamento relativa a ciascuno stato limite
42
𝑇𝑅 =
−𝑉𝑅 ln(1 − 𝑃𝑉𝑅)
Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli.
Classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza
funzioni pubbliche e sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose per l’ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in Classe d’uso III o in Classe d’uso IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti.
Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente.
Reti viarie extraurbane non ricadenti in Classe d’uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti per le conseguenze di un loro eventuale collasso.
Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della
protezione civile in caso di calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Reti viarie di tipo A o B, di cui al D.M. 5 novembre 2001, n. 6792, “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”, e di tipo C quando appartenenti ad itinerari di collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per il mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di acquedotti e a impianti di produzione di energia elettrica.
Noto il tempo di ritorno dell’azione sismica si possono ricavare i parametri 𝑎𝑔, 𝐹0, 𝑇𝐶∗, caratteristici del sito
STATO LIMITE TR [anni] ag [g] F0 [-] Tc* [s]
SLO 30 0.060 2.423 0.239
SLD 50 0.079 2.426 0.248
SLV 457 0.200 2.412 0.278
SLC 975 0.258 2.412 0.283
Caratteristiche del sottosuolo
In assenza di specifiche analisi per valutare l’effetto della risposta sismica locale si fa riferimento all’approccio semplificato esposto in normativa; basato sull’individuazione delle categorie di sottosuolo di riferimento e delle condizioni topografiche di questo.
43 Spettro di risposta elastico in accelerazione delle componenti orizzontali
Quale che sia la probabilità di superamento nel periodo di riferimento 𝑃𝑉𝑅 considerata, lo spettro di risposta elastico della componente orizzontale dell’azione sismica è definito in funzione del periodo di vibrazione caratteristico della struttura 𝑇 e dell’accelerazione spettrale orizzontale 𝑆𝑒(𝑇).
0 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐵 𝑆𝑒(𝑇) = 𝑎𝑔 ∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹0∙ {[(𝑇 𝑇⁄ ) + 1 (𝜂 ∙ 𝐹𝐵 ⁄ 0)] ∙ [1 − (𝑇 𝑇⁄ )]} 𝐵 𝑇𝐵 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐶 𝑆𝑒(𝑇) = 𝑎𝑔 ∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹0
𝑇𝐶 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐷 𝑆𝑒(𝑇) = 𝑎𝑔 ∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹0∙ (𝑇𝐶⁄ ) 𝑇
𝑇𝐷 ≤ 𝑇 𝑆𝑒(𝑇) = 𝑎𝑔 ∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹0∙ [(𝑇𝐶∙ 𝑇𝐷) 𝑇⁄ ] 2
dove compaiono i coefficienti:
𝑆 = 𝑆𝑆∙ 𝑆𝑇 coefficiente che tiene conto della categoria del sottosuolo e delle condizioni topografiche
𝑆𝑆 coefficiente di amplificazione stratigrafica
44
𝜂 = 1/𝑞 fattore che altera lo spettro elastico per coefficienti di smorzamento convenzionali 𝑞 = 1 fattore di struttura per SLE
𝑞 = 𝑘𝑟∙ 𝑞0 fattore di struttura SLU
𝑇𝐶= 𝐶𝐶∙ 𝑇𝐶∗ periodo corrispondente all’inizio del tratto a velocità costante dello spettro
𝐶𝐶 coefficiente funzione della categoria del sottosuolo
𝑇𝐵= 𝑇𝐶⁄ 3 periodo corrispondente all’inizio del tratto ad accelerazione costante dello spettro
45 Spettro di risposta elastico di progetto SLD
PARAMETRI INDIPENDENTI 𝑎𝑔 = 0.048𝑔 𝐹0= 2.548 𝑇𝐶∗= 0.249𝑠 𝑆𝑆= 1.5 𝐶𝐶 = 1.661 𝑆𝑇 = 1.000 𝑞 = 1.000 PARAMETRI DIPENDENTI 𝑆 = 1.5 𝜂 = 1.000 𝑇𝐵 = 0.138𝑠 𝑇𝐶 = 0.414𝑠 𝑇𝐷= 1.791𝑠
Spettro di risposta elastico di progetto SLV
PARAMETRI INDIPENDENTI 𝑎𝑔= 0.118𝑔 𝐹0= 2.404 𝑇𝐶∗= 0.279𝑠 𝑆𝑆= 1.5 𝐶𝐶 = 1.599 𝑆𝑇 = 1.000 𝑞 = 2.5 PARAMETRI DIPENDENTI 𝑆 = 1.5 𝜂 = 0.400 𝑇𝐵 = 0.149𝑠 𝑇𝐶 = 0.447𝑠 𝑇𝐷= 2.073𝑠
46
Il valore ridotto del fattore di struttura 𝑞0 è stato preso pari a 2,5, trattandosi di un portale in legno
lamellare iperstatico con mezzi di unione a gambo cilindrico (perni, bulloni). Inoltre, essendo la struttura regolare in altezza il fattore di struttura è pari proprio a 2,5.
Per il calcolo del periodo fondamentale della struttura è stata utilizzata la formula presente nell’Eurocodice 8:
𝑇0 = 0,05ℎ0,75= 0,281 𝑠
Essendo 𝑇𝐵 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐶 allora per gli SLD si avrà:
𝑆𝑒(𝑇) = 𝑎𝑔∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹0 = 0,183 𝑔
mentre per gli SLV:
𝑆𝑒(𝑇) = 𝑎𝑔∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹0 = 0,170 𝑔
La forza statica equivalente calcolata ai vari impalcati presenta i seguenti valori:
SLD z (m) w (kN) 𝐹𝑖𝑥 (kN) IMPALCATO 1 3,65 39,08 2,60 IMPALCATO 2 7,15 37,28 4,87 IMPALCATO 3 10,20 141,02 26,33 SLv z (m) w (kN) 𝐹𝑖𝑥 (kN) IMPALCATO 1 3,65 39,08 2,40 IMPALCATO 2 7,15 37,28 4,53 IMPALCATO 3 10,20 141,02 24,46
Per il calcolo delle forze statiche equivalenti sono state utilizzate le seguenti formule: 𝐹ℎ = 𝜆 ∗ 𝑤𝑡𝑜𝑡∗ 𝑆𝑒(𝑇)
𝑔
𝐹𝑖𝑥 = 𝐹ℎ
𝑤𝑖𝑧𝑖 ∑ 𝑤𝑖𝑧𝑖
La componente verticale dell’azione sismica non è stata valutata in quanto in zona III anche se la luce supera i 20 m non è necessario prenderla in considerazione.
47
2.1.5. Combinazioni delle azioni
Ai fini delle verifiche degli stati limite sono state adottate le seguenti combinazioni delle azioni:
Combinazione fondamentale
generalmente impiegata per gli stati limite ultimi (SLU)
𝛾𝐺1𝐺1+ 𝛾𝐺2𝐺2+ 𝛾𝑄1𝑄𝑘1+ ∑ 𝛾𝑄𝑗𝜓0𝑗𝑄𝑘𝑗
Combinazione caratteristica
generalmente impiegata per gli stati limite di esercizio irreversibili (SLE) 𝐺1+ 𝐺2+ 𝑄𝑘1+ ∑ 𝜓0𝑗𝑄𝑘𝑗
Combinazione frequente
generalmente impiegata per gli stati limite di esercizio reversibili (SLE) 𝐺1+ 𝐺2 + 𝜓11𝑄𝑘1+ ∑ 𝜓2𝑗𝑄𝑘𝑗
Combinazione quasi permanente
generalmente impiegata per gli effetti a lungo termine (SLE) 𝐺1+ 𝐺2+ ∑ 𝜓2𝑗𝑄𝑘𝑗
Combinazione sismica
generalmente impiegata per gli stati limite ultimi e di esercizio connessi all’azione sismica E 𝐸 + 𝐺1+ 𝐺2+ ∑ 𝜓2𝑗𝑄𝑘𝑗
dove i valori dei coefficienti dei valori parziali e dei coefficienti di combinazione sono opportunamente tabellati.
48
2.2. I MATERIALI
La struttura è costituita da portali in legno lamellare con controventi a diagonale tesa attiva in acciaio.
Il tipo di legno lamellare scelto per i portali è il GL24h. Di seguito vengono riportate le caratteristiche principali:
Massa volumica caratteristica assunta nel progetto: 400 Kg/mc Coefficiente di Poisson : 0,43
Il modulo G si ricava dalla relazione E/G= 2 (1+ 𝜈).
La durata del carico e l’umidità del legno influiscono sulle proprietà resistenti del legno. Per questo motivo le NTC 2008 prevedono la seguente classificazione in base al livello di umidità presente nell’ambiente di progetto.
49
I valori di calcolo per le proprietà del materiale a partire dai valori caratteristici si assegnano quindi con riferimento combinato alle classi di servizio e alle classi di durata del carico.
Il valore di 𝑋𝑑 di una proprietà del materiale (o della resistenza di un collegamento) viene calcolato mediante la relazione:
𝑋𝑑 = 𝑘𝑚𝑜𝑑𝑋𝑘 𝛾𝑀 dove:
𝑋𝑘 è il valore caratteristico della proprietà del materiale;
𝛾𝑀 è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale;
𝑘𝑚𝑜𝑑 è un coefficiente correttivo che tiene conto dell’effetto, sui parametri di resistenza, sia della durata del carico che dell’umidità della struttura.
50
Di seguito viene riportata la tabella con i valori del 𝑘𝑚𝑜𝑑 usato nelle verifiche agli stati limite
ultimi:
Per gli stati limiti di esercizio, invece, viene utilizzato il 𝑘𝑑𝑒𝑓, utile per il calcolo della
51
Per i controventi è stato scelto l’acciaio S355 con le seguenti caratteristiche:
fyk= 355 [N/mm²] (tensione di snervamento)
fu= 510 [N/mm²] (tensione ultima a rottura)
Es = 210000 [N/mm²] (modulo elastico)
Le fondazioni sono costituite da plinti in cemento armato realizzati con cls C25/30 avente le seguenti caratteristiche meccaniche:
Rck= 30 [N/mm²] (resistenza caratteristica cubica)
fck= 0.83∙Rck = 24.90 [N/mm²] (resistenza caratteristica cilindrica)
fcm= fck + 8 = 32.90 [N/mm²] (resistenza media caratteristica cilindrica)
fcd= (αcc∙fck)/γc= 14.11 [N/mm²] (resistenza di calcolo a compressione)
fctd= fctk/γc= 1.19 [N/mm²] (resistenza di calcolo a trazione)
fctm= 0.30∙fck2/3= 2.56 [N/mm²] (resistenza media a trazione semplice assiale)
fctk= 0.70∙fctm = 1.79 [N/mm²] (resistenza media a trazione semplice assiale
frattile 5%)
fctk= 1.30∙fctm = 3.33 [N/mm²] (resistenza media a trazione semplice assiale
frattile 95%)
fcfm= 1.2 fctm = 3.07 [N/mm²] (resistenza media a trazione per flessione)
52
2.3. MODELLAZIONE
La struttura è stata modellata con il software SAP2000 v.15, e l’analisi svolta è di tipo statica lineare.
Il modello presenta i seguenti elementi costruttivi:
- pilastri in legno lamellare di sezione rettangolare di dimensioni 140X24 cm;
- travi principali in legno lamellare di sezione rettangolare di dimensioni 180X24 cm; - travi secondarie in legno lamellare di sezione rettangolare di dimensioni 30X20 cm; - travi di collegamento in c.a. di dimensioni 30X60 cm;
- plinti di fondazione in c.a. di dimensioni 250X400X130 cm;
- controventi in acciaio di diametro 24 mm in copertura e 30 mm in parete.
Il terreno è stato modellato come un letto di molle (Winkler) con costante di sottofondo pari a 1,5 daN/𝑐𝑚3 in direzione z, mentre, in direzione x e y è stata adottata come costante 1
4𝑘 =
0,625 daN/𝑐𝑚3 .
La struttura presenta degli incastri sia nel nodo pilastro – plinto che nel nodo trave – pilastro.
53
2.4.
COMBINAZIONI e SOLLECITAZIONI
In questo paragrafo vengono riportate le varie combinazioni agli SLU e agli SLE utilizzate per il calcolo delle sollecitazioni:
COMBINAZIONE PESO
PROPRIO PERMANENTI NEVE VENTO_X VENTO_Y
SLU_1 1.3 1.5 1.5 SLU_2 1.3 1.5 1.5 SLU_3 1.3 1.5 1.5 SLU_4 1.3 1.5 1.5 0.9 SLU_5 1.3 1.5 1.5 0.9 SLU_6 1.3 1.5 0.75 1.5 SLU_7 1.3 1.5 0.75 1.5
COMBINAZIONERARA PESO
PROPRIO PERMANENTI NEVE VENTO_X VENTO_Y
SLE_1 1 1 1 SLE_2 1 1 1 SLE_3 1 1 1 SLE_4 1 1 1 0.6 SLE_5 1 1 1 0.6 SLE_6 1 1 0.5 1 SLE_7 1 1 0.5 1 COMBINAZIONEQUASI PERMANENTE PESO
PROPRIO PERMANENTI NEVE VENTO_X VENTO_Y
54
COMBINAZIONEFREQUENTE PESO
PROPRIO PERMANENTI NEVE VENTO_X VENTO_Y
SLE_1 1 1 0,2
SLE_2 1 1 0,2
SLE_3 1 1 0,2
Di seguito vengono riportati gli schemi del momento, del taglio e dello sforzo normale derivanti dalle varie combinazioni SLU, utilizzate per le verifiche di resistenza e stabilità. Nelle verifiche di deformabilità sono stati utilizzati gli spostamenti derivanti dalla combinazione SLE più gravosa.
55 COMBINAZIONESLU01(M1-2,T1-2,N) x y z -245.86 245.88 -217.65 217.65 -853.59 853.58 -557.45 557.45 -739.02 853.64 x y z -97.09 97.09 -97.09 97.09 -97.09 97.09 -97.09 97.09 -187.63 187.63 x y z 347.67 375.71 245.03 251.41 202.98 209.83 223.39 230.38 97.09 97.09
56 COMBINAZIONESLU02(M1-2,T1-2,N) x y z -245.83 -110.76 -167.40 57.21 -44.71 304.32 -31.98 215.64 -163.46 304.33 x y z -69.31 -29.64 -61.54 -21.87 -29.07 10.60 -45.26 -5.60 -47.82 31.79 x y z 183.15 227.22 80.50 102.92 38.45 61.33 58.87 81.89 18.44 21.23
57 COMBINAZIONESLU03(M1-2,T1-2,N) x y z -94.48 94.53 -85.24 85.25 -165.30 165.24 -154.41 154.38 -159.48 165.28 x y z -43.80 43.81 -36.03 36.04 -3.57 3.58 -19.76 19.77 -39.74 39.74 x y z 290.93 328.61 188.29 204.31 146.24 162.73 166.65 183.28 70.58 72.34
58 COMBINAZIONESLU04(M1-2,T1-2,N) x y z 455.23 483.29 352.59 358.99 118.15 125.07228.56 235.56 -180.92 -4.11 x y z -298.46 63.66 -184.58 167.76 -550.21 706.45 -349.28 471.43 -543.86 706.48 x y z -101.19 41.73 -96.53 46.40 -77.05 65.87 -86.77 56.16 -143.42 133.77
59 COMBINAZIONESLU05(M1-2,T1-2,N) x y z -207.44 207.49 -184.63 184.65 -622.81 622.75 -434.60 434.57 -549.14 622.82 x y z -85.84 85.85 -81.18 81.19 -61.70 61.71 -71.41 71.42 -138.55 138.55 x y z 453.48 481.54 350.84 357.24 194.37 201.30268.31 275.31 -48.78 57.10
60 COMBINAZIONESLU06(M1-2,T1-2,N) x y z -289.57 -86.99 -191.83 95.88 -196.46 456.21 -111.50 -289.25 314.81 456.23 x y z -86.59 -12.38 -78.82 -4.61 -46.36 27.85 -62.55 11.66 -80.87 64.84 x y z 218.14 262.21 115.49 137.91 73.44 96.33 93.85 116.88 35.70 38.51
61 COMBINAZIONESLU07(M1-2,T1-2,N) x y z -138.16 138.21 -123.93 123.94 -317.12 317.06 -253.55 -291.01 253.52 317.11 x y z -61.07 61.08 -53.30 53.31 -20.84 20.85 -37.03 37.04 -72.78 72.79 x y z 490.13 518.19 387.48 393.89 153.32 160.24263.57 270.57 -163.57 13.16
62
2.5. VERIFICA delle TRAVI PRINCIPALI
2.5.1. Verifica a pressoflessione
Nel caso di sforzo normale di compressione accompagnato da sollecitazioni di flessione attorno ai due assi principali dell’elemento strutturale, devono essere soddisfatte entrambe le seguenti condizioni: (𝜎𝑐,0,𝑑 𝑓𝑐,0,𝑑) 2 +𝜎𝑚,𝑦,𝑑 𝑓𝑚,𝑦,𝑑 + 𝑘𝑚 𝜎𝑚,𝑧,𝑑 𝑓𝑚,𝑧,𝑑 ≤ 1 (𝜎𝑐,0,𝑑 𝑓𝑐,0,𝑑) 2 + 𝑘𝑚 𝜎𝑚,𝑦,𝑑 𝑓𝑚,𝑦,𝑑 + 𝜎𝑚,𝑧,𝑑 𝑓𝑚,𝑧,𝑑 ≤ 1 dove:
𝜎𝑚,𝑦,𝑑 e 𝜎𝑚,𝑧,𝑑 sono le tensioni di calcolo massime per flessione rispettivamente nei piani xz e xy determinate assumendo una distribuzione elastico lineare delle tensioni sulla sezione;
𝑓𝑚,𝑦,𝑑 e 𝑓𝑚,𝑧,𝑑 sono le corrispondenti resistenze di calcolo a flessione; 𝜎𝑐,0,𝑑 è la tensione dovuta allo sforzo normale di compressione;
𝑓𝑐,0,𝑑 è la resistenza di calcolo a compressione pari a :
𝑓𝑐,0,𝑑 =𝑘𝑑𝑒𝑓∗ 𝑓𝑐,0,𝑘 𝛾𝑀 = 0,8 ∗ 24000 1,45 = 13241 𝑘𝑁 𝑚2
Il valore da adottare per il coefficiente 𝑘𝑚, che tiene conto convenzionalmente della ridistribuzione delle tensioni e della disomogeneità del materiale nella sezione trasversale, dipende dal tipo di sezione. Per le sezioni rettangolari è pari a 0,7.
La trave del portale è stata schematizzata come una trave doppiamente incastrata e la verifica è stata effettuata agli appoggi (A e B) e in mezzeria (M).
Di seguito vengono riportati i calcoli riguardanti la trave del portale più sollecitata: 𝝈𝒄,𝟎,𝒅(kN/mq) 𝝈𝒎,𝒚,𝒅(kN/mq)
A 224,74 7113,66
B 224,74 7113,66
M 224,74 6158,50
