CAPITOLO 2: CARATTERISTICHE DELLE STRUTTURE IN ARCHI DI LEGNO LAMELLARE CON COPERTURA A MEMBRANA PER IMPIANTI SPORTIVI.

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CAPITOLO 2: CARATTERISTICHE DELLE STRUTTURE IN

ARCHI DI LEGNO LAMELLARE CON COPERTURA A

MEMBRANA PER IMPIANTI SPORTIVI.

Il patrimonio edilizio italiano relativo agli impianti sportivi esistenti risulta, dalle indagini esposte in precedenza (v. Cap.1), molto consistente. Dalle elaborazioni appare però un dato preoccupante; molti spazi di attività sportiva risultano non attivi o omologati, sfruttando il suolo senza fornire il servizio per cui sono stati progettati e realizzati.

Per ovviare a tale problema e incrementare l’offerta di servizi è dunque possibile intervenire ristrutturando e/o adeguando l’esistente, dal punto di vista della sicurezza (strutturale e impiantistica), oppure realizzando nuove installazioni che si inseriscano in maniera organica nell’assetto urbanistico. La tendenza è quella di progettare ambienti polivalenti in maniera da concentrare attività sportive in un unico spazio attrattivo, con un risparmio in termini economici e di risorse. Le nuove realizzazioni dovranno essere sicure, moderne, estetiche, versatili, energeticamente valide e realizzabili in tempi brevi per ammortizzare i costi di costruzione ed evitare problemi di non compiutezza dell’opera.

In questo panorama stanno trovando largo impiego le coperture a membrana su archi in legno lamellare, anche dette tendostrutture.(Fig.4)

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2.2 Caratteristiche delle strutture ad archi in legno lamellare e loro impiego.

Le strutture ad archi in acciaio o legno lamellare sono presenti nel panorama delle coperture sportive da molti anni. Tale tipologia di copertura trova largo uso nel coprire campi di gioco polivalenti e per le discipline sportive come pallavolo, calcetto, tennis e basket. Può essere utilizzata sia per impianti ex-novo sia per la copertura di spazi esistenti grazie alla semplicità strutturale e alle poche fasi di lavorazione in situ.

Generalmente sono definite come strutture leggere e grazie alle loro particolari caratteristiche possono coprire luci libere fino a 30-40 metri e altezze libere dal piano di gioco congrue con le norme e regole delle varie federazioni.

2.3 Legno lamellare, caratteristiche meccaniche e schema statico.

Il legno lamellare è costituito da lamelle in legno di conifera trattate, generalmente di spessore pari a 40 millimetri, incollate tramite idonei fissanti. Con tale tecnica viene ricostruito l’elemento originario massiccio, incrementando le caratteristiche meccaniche ed eliminando particolari problemi legati al materiale, quali le fessure da ritiro o l’attacco da parte di muffe. La fase di assemblaggio e taglio avviene tramite macchine a controllo numerico, garantendo la precisione delle forme e delle geometrie. Grazie alla flessibilità intrinseca del legno è possibile attribuire la curvatura preposta all’elemento, all’interno dei limiti di flessibilità. Con tale tecnologia le operazioni principali di costruzione avvengono in fabbrica; in cantiere dovranno essere svolte le sole operazioni di sollevamento e ancoraggio dei vari elementi strutturali, riducendo quindi i tempi di posa in opera dell’ intera struttura. Gli elementi sono spesso realizzati con legno lamellare GL24h, oppure GL32h (per notevoli coperture).

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Lo schema statico dipende dalle dimensioni della costruzione, prevalentemente dalla luce libera, e dal trasporto. Per coperture modeste è possibile realizzare un unico arco portante continuo ma generalmente lo schema più adoperato è quello di arco a 3 o più cerniere (Fig.7). In questo modo l’arcata centrale viene suddivisa in più parti facilmente trasportabili ed è possibile coprire luci maggiori.

Le arcate principali hanno sezioni variabili con base che va dai 16 ai 40 cm e altezza fino a 220 cm. Hanno inoltre passo costante compreso tra i 4 e i 5.50 metri e sono collegate tra loro tramite l’orditura secondaria, composta dagli arcarecci, anch’essi in legno lamellare.

Figura 6: Esempi di Arcate di una struttura in legno lamellare. Palazzetto Dream Volley Pisa

Gli elementi sono connessi a mezzo di carpenteria metallica composta da piastre, viti e bulloni. Per sfruttare al meglio lo spazio interno, e per rispettare le norme federali e del CONI, l’arco ha una altezza di imposta variabile tra i 2.50 e i 3.00 metri. A tale livello è posta la trave di banchina alla quale ancorare il telo di copertura in PVC e le eventuali aperture laterali, che possono essere del tipo scorrevole con tende in PVC oppure serramenti veri e propri.

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Figura 7: Esempio di schema statico ad arco a 3 cerniere; sezione trasversale: arcata principale.

2.4 La copertura a membrana: Tipologia e caratteristiche.

La struttura viene chiusa tramite un telo esterno, posto in tensione, in materiale sintetico, altamente resistente e impermeabilizzante. Con tale elemento viene coperta la volta semicilindrica centrale, le due estremità finali e in base al tipo di progetto anche le zone laterali rettilinee. L’ancoraggio e la messa in tensione sono ottenuti mediante tubi metallici, inseriti in mantovane correnti alla base della membrana, che vengono agganciati ai tenditori posti sulle travi di banchina e sulla fondazione.(Fig 8)

Questo è il caso della copertura a mono-membrana.

Figura 8:Esempio di dettaglio ancoraggio telo interno a mezzo di tenditori alla trave di banchina. Palazzetto Dream Volley Pisa.

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Per le campate finali è possibile realizzare una chiusura standard con membrana a terra, oppure realizzare una baraccatura apposita. In questo modo si ha una maggiore utilizzo della superficie interna ed una migliore protezione della membrana di chiusura (Fig. 9).

Figura 9: Esempio di chiusura delle campate terminali.

La copertura così fatta ha senza dubbio dei vantaggi in termini economici, pratici e di installazione, presenta però un grande difetto dal punto di vista energetico, poiché il telo singolo non ostacola la dispersione del calore.

Sul mercato sono reperibili molte soluzioni per il miglioramento termico della copertura e tutte rimandano concettualmente alla solita tecnica: l’utilizzo di un doppio telo di copertura con

realizzazione di intercapedine d’aria.

Al telo esterno viene aggiunto un telo interno, posto a debita distanza, in modo da creare una intercapedine d’aria, tra gli archi principali, che può essere eventualmente realizzata in circolazione forzata a mezzo di ventilatori. Questa soluzione tecnica permette di migliorare le prestazioni termiche dell’involucro e diminuisce i costi di gestione per il riscaldamento e il raffrescamento.

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L’intercapedine d’aria viene realizzata principalmente nei quattro modi seguenti:

• Utilizzo di distanziatori in lamelle di PVC; (Fig.10) la membrana interna è fissata,

tramite le lamelle saldate a caldo ai due teli, a quella esterna e chiusa alla base dell’arco tramite termosaldatura, in modo tale da formare una camera di ventilazione, tra arco ed arco, stagna;

• Membrane distanziate a pressione a mezzo di ventilatori: (Fig.11) Le membrane sono

soldate alla base, e a mezzo di ventilatori la membrana interna viene distanziata da quella esterna. In questo caso la camera di ventilazione può essere ad aria ferma oppure a circolazione forzata, quando i ventilatori sono mantenuti in funzione;

• Utilizzo di guide scorrevoli: (Fig.12) Con questa tecnologia la membrana interna e quella

esterna non sono strettamente connesse. La membrana interna, tramite guide metalliche a canna di fucile, è collegata agli archi formanti la campata creando una camera di ventilazione ad aria ferma;

• Connessione della membrana interna agli arcarecci: (Fig.13) il telo interno viene

connesso o agli arcarecci tramite tiranti o alle piastre di ancoraggio di quest’ultimi agli archi principali. I vuoti vengono chiusi tramite incollaggio o saldature di strisce di telo. La soluzione è applicabile quando la distanza arcareccio-estradosso trave non supera i 20-25 cm.

•

Figura 10: soluzione con distanziatori

•

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•

Figura 12 soluzione a mezzo di guida scorrevole canna di fucile

Figura 13: soluzione a mezzo di connessione a piastra di ancoraggio orditura secondaria

Per la realizzazione di camere d’aria stagne, le soluzioni più adottate sono la tecnologia a mezzo di lamelle in PVC e quella a mezzo di guide scorrevoli.

2.4.1 Esempi.

Il materiale adoperato per il telo è un particolare tessuto utilizzato appositamente per questo tipo di impiego: poliestere ad alta tenacità, spalmato con mescole a base di PVC su entrambe le facce, trattato con particolari film protettivi antisporco, antimuffa e funghi.

Ogni telo, di base, è resistente ai raggi U.V. e agli agenti atmosferici. Esistono sul mercato membrane con caratteristiche meccaniche differenti per garantire la robustezza del sistema al variare della superficie da coprire e al carico di pretensione da assegnare all’elemento. Nella prassi comune vengono utilizzati:

• teli da 720gr/m2 o superiori per la membrana esterna; • teli da 520gr/m2 o superiori per la membrana interna.

Il risparmio energetico che si crea con l’utilizzo del doppio telo è strettamente collegato al tipo e alle caratteristiche della camera d’aria.

Caratteristiche termiche della copertura a singola e doppia membrana.

I materiali che compongono la copertura sono i due teli in PVC e la camera d’aria con lo spessore progettato, che hanno le caratteristiche termiche di seguito riportate.

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Trasmittanza termica e Resistenza termica dei teli di copertura.

Tabella 10: Caratteristiche termiche teli in PVC

Resistenza termica di Intercapedini di aria non ventilate.

Il valore varia in base allo spessore dell’intercapedine, a causa dei possibili moti di convezione che si possono instaurare nell’aria interna, e alla direzione del flusso termico (Tab. 11). A causa della curvatura della copertura, la direzione del flusso termico cambia da punto a punto. È possibile eseguire una semplificazione raggruppando nella dicitura orizzontale, le direzioni dei flussi con inclinazione ± 30° rispetto al piano orizzontale, e nella dicitura ascendente la direzione dei flussi termici con angoli compresi tra 30° e 90°.

Tabella 11: Valori resistenza termica di intercapedini d’aria in base alla direzione del flusso. Fonte (UNI EN ISO 6946).

La copertura verrà dunque suddivisa in due zona, in base alla semplificazione descritta precedentemente.

Resistenze termiche superficiali.

Tabella 12: Resistenze termiche superficiali. Fonte (UNI EN ISO 6946). Spessore (mm) λ(W/mK) Telo in PVC esterno 0,00055 0,16 Telo in PVC interno 0,00045 0,16 U (W/m²K) 290,9 355,6 Materiale R (m²K/W) 0,003 0,003 0,00 0,00 0,00 0,11 0,11 0,11 0,13 0,13 0,13 0,15 0,15 0,15 0,16 0,17 0,17 0,16 0,18 0,19 0,16 0,18 0,21 0,16 0,18 0,22 0,16 0,18 0,23

Direzione del flusso termico Ascendente Orizzontale 15 25 50 100 300 Discendente 0 5 7 10 Spessore dell'intercapedine di aria (mm) Resistenza termica superficiale inte rna Resistenza termica superficiale este rna

0,1 0,13 0,17

0,04 0,04 0,04

Direzione del flusso termico Ascendente Orizzontale Discendente

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Anche in questo caso i valori sono in funzione della direzione del flusso termico (Tabella 12). La semplificazione fatta per la resistenza delle intercapedini d’aria non ventilate è ancora valida, così come la suddivisione della copertura in due zone.

La trasmittanza termica sarà dunque calcolata per la Zona 1 (Tab.13) e la Zona 2 (Tab.14).

Figura 14: Suddivisone della copertura per calcolo trasmittanza termica Tabella 13: Caratteristiche termiche in base alla tipologia di copertura – ZONA 1.

ZONA 1 Tipologia di copertura Trasmittanza termica (W/m²K) R (m²K/W) telo interno telo

esterno aria totale totale

Membrana unica 0,0034 5,7658 0,1734

Membrana doppia con

intercapedine di 5 cm 0,0028 0,0034 0,11 3,4934 0,2863 Membrana doppia con

intercapedine di 50 cm 0,0028 0,0034 0,18 2,8070 0,3563 Tabella 14: Caratteristiche termiche in base alla tipologia di copertura - ZONA 2.

ZONA 2 Tipologia di copertura Trasmittanza termica (W/m²K) R (m²K/W) telo interno telo

esterno aria totale totale

Membrana unica 0,0034 6,9717 0,1434

Membrana doppia con

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Dalle tabelle 13 e 14 è possibile notare due aspetti fondamentali:

• l’utilizzo di un sistema a doppia membrana permette di ridurre del 50% la trasmittanza termica incidendo positivamente sui consumi invernali per l’impianto di riscaldamento; • La massima resistenza termica del pacchetto di copertura viene raggiunta utilizzando una

intercapedine d’aria di 20 cm. Per spessori maggiori la resistenza termica totale rimane costante.

Comportamento dei teli di copertura nei confronti della luce naturale.

Tralasciando considerazioni strutturali, la conoscenza del tipo di telo utilizzato e del tipo di installazione, membrana singola o doppia, è importante ai fini del progetto illuminotecnico. Facendo parte delle superfici interne è importante conoscerne le caratteristiche, come l’indice di riflessione luminosa e l’indice di trasmissione luminosa.

Mentre l’indice di riflessione luminosa dipende in larga parte dal colore utilizzato, l’ indice di trasmissione luminosa dipende dal:

• tipo di materiale; • dalla tessitura interna; • dal colore;

• da eventuali trattamenti specifici.

Per questi motivi, l’indice di trasmissione luminosa non è di immediata individuazione e sono necessarie prove di laboratorio per capire come tessuto e luce interferiscono tra di loro. Sul mercato son presenti molte aziende che producono teli in PVC ad uso civile, ma sono poche quelle che mettono a disposizione le caratteristiche tecniche complete dei loro prodotti.(Fig.15)

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Una di questa è la ditta Naizil S.p.A. È possibile reperire sul sito internet le caratteristiche tecniche più importanti dei tessuti, al fine della corretta scelta del prodotto da utilizzare.

Per le copertura a doppio telo i prodotti base sono lo Sport Cover o Best Cover per la membrana esterna (720gr/m2) e il telo Green Cover (520gr/m2) utilizzabile esclusivamente come telo interno. Sono presenti altre tipologie di membrane con caratteristiche elevate per grandi coperture e per la realizzazione di tensostrutture vere e proprie.

La ditta fornisce, all’interno dell’area tecnica, i valori degli indici che riguardando il comportamento del prodotto, nella colorazione bianco, nei confronti della luce.(Fig.16)

Figura 16: Caratteristiche delle membrane nei confronti della luce; fonte Naizil S.p.A.

Sono possibili trattamenti speciali oscuranti sui tessuti, che bloccano totalmente il passaggio della luce. Questi consistono nell’applicazione di due strati di PVC spalmato oscurante, uno esterno e uno interno, a loro volta coperti con altri due strati di PVC spalmato della colorazione scelta. In questo modo il fattore di trasmissione luminosa è nullo.

<0,005

Fattore solare _g(%) 13,1

NAIZIL BEST COVER

Fattore di trasmissione luminosa _τ_v_(%) 8,2

Fattore di trasmissione solare diretta _τ_e_(%) 9,7

Fattore di riflessione luminosa _ρ_v_(%) 87

Fattore di riflessione solare diretta _ρ_e_(%) 77,2

Fattore di trasmissione UV _τ_uv_(%)

15,7 τv(%)

NAIZIL GREEN COVER

τ_e(%) 9,7 12,7 86,4 75,8 <0,005 ρv(%)

Fattore di trasmissione luminosa

Fattore di trasmissione solare diretta

Fattore di riflessione luminosa

Fattore di riflessione solare diretta

Fattore solare _g(%)

τuv(%) ρe(%)

Fattore di trasmissione UV

NAIZIL SPORT COVER

Fattore di trasmissione luminosa _τ_v_(%) 8

Fattore di trasmissione solare diretta τe(%) 9,4

Fattore di riflessione luminosa _ρ_v_(%) 86,7

Fattore di riflessione solare diretta ρe(%) 76,9

Fattore di trasmissione UV τuv(%) <0,02