Progettazione di una copertura mobile – Comune di Perugia (PG)

Il Comune di Perugia, nell’ambito del progetto di ristrutturazione e riqualificazione dell’edificio denominato “MERCATO COPERTO” ha commissionato al sottoscritto la progettazione definitiva della copertura mobile da edificare in sommità all’edificio in oggetto e le cui risultanze sono riportate nel presente rapporto.
Il processo, che ha portato alla emissione del seguente documento relativo alla progettazione in oggetto, è stato elaborato effettuando un percorso tecnico che può essere rappresentato tramite le fasi sotto riportate:
1. Stato attuale e sopralluoghi in situ.
2. Valutazione del materiale tecnico fornito.
3. Valutazioni dei sistemi costruttivi presenti sul mercato.
4. Progettazione definitiva della copertura e del sistema di apertura.
le fasi sopra riportate hanno permesso la valutazione del sistema costruttivo più adatto e dei modelli numerici rappresentativi delle capacità strutturali del manufatto.

– STATO ATTUALE E SOPRALLUOGHI IN SITO
Il manufatto in oggetto riguarda la copertura mobile di un edificio esistente denominato “MERCATO COPERTO” .
L’edificio, originario degli anni ’30, è costruito con un sistema strutturale costituito da telai in cemento armato con pianta rettangolare, originariamente giuntata in 4 parti, ed era destinato ad attività commerciali legate all’ambito agricolo. Successivamente, intorno agli anni 80/90, l’edificio ha subito alcune modificazioni riguardanti l’inserimento di un piano intermedio costruito mediante un soppalco metallico destinato alle attività di parcheggio di autoveicoli per gli utenti diretti all’acropoli perugina. Contemporaneamente a tale intervento sono state effettuati alcune riparazioni e rafforzamenti locali di elementi strutturali ammalorati.
Attualmente l’immobile è in fase di ristrutturazione dello scheletro portante mediante inserimento di rinforzi metallici posti in opera tramite calastrellature metalliche.
La struttura si articola su 4 piani e sviluppa una superficie di 2.500 metri quadrati complessivi.

I primi due piani sono destinati a parcheggio mentre gli altri piani verranno destinati ad uso commerciale e ristorativo. All’ultimo piano verranno ricostruite le coperture metalliche a ferro di cavallo  e sarà riaperto il lucernaio centrale, di circa 450 metri quadrati, ora chiuso.
Il presente progetto riguarda proprio il lucernaio attuale che verrà sostituito da una copertura mobile leggera con profili di alluminio e lastre di policarbonato.

Allo stato attuale la copertura in oggetto è costituita da travi reticolari in acciaio con la parte centrale leggermente sopraelevata, rispetto al totale, in quanto costituisce la parte apribile mediante scorrimento su due binari poggianti sulla parte fissa ed azionata con una vite senza fine. Il rivestimento di copertura è costituito da pannelli di lamiera.
La superficie complessiva della copertura ha dimensioni pari a circa 17.0 x 25.6 m per una superficie totale di circa 435 mq.

Il progetto in esame prevede la sostituzione di tale copertura in acciaio con una nuova copertura in alluminio e pannelli di policarbonato trasparenti. Nel nuovo schema ipotizzato la parte mobile è decisamente maggiore rispetto alla situazione attuale in quanto prevede uno schema costituito da 4 diverse zone di cui le due laterali fisse e le due centrali mobili e scorrevoli sulle due parti fisse.
Oltre al vantaggio di avere una zona aperta decisamente più ampia rispetto all’attuale, l’inserimento dei pannelli di copertura realizzati con policarbonato trasparente consente una ampia superficie vetrata che fornisce una notevole illuminazione anche in configurazione chiusa.

– VALUTAZIONE DEI SISTEMI COSTRUTTIVI PRESENTI SUL MERCATO
Partendo dalle considerazioni di cui sopra, dal materiale tecnico fornito e valutate le necessità architettoniche legate al futuro utilizzo dell’immobile , si è provveduto a sviluppare l’idea progettuale seguendo le necessità di avere una copertura che fosse contemporaneamente luminosa ed apribile nel periodo estivo e che, aspetto non secondario, fosse più leggera possibile.
Per potere inoltre diminuire i costi di edificazione e di studio delle soluzioni ottimali si è effettuata una indagine di mercato relativamente a prodotti e tecnologie già presenti valutando sia soluzioni con strutture metalliche che in legno o altri materiali.
Le tipologie strutturali con la migliore rispondenza ai requisiti richiesti in fase progettuale si sono rivelate essere le coperture mobili impiegate solitamente per la copertura di impianti sportivi. Tale tipologia strutturale ha il vantaggio di potere utilizzare tecnologie già esistenti sul mercato sia a livello di profili strutturali commerciali, sia a livello di impiantistica, che a livello di pannellatura di copertura. Infatti tali tipologie costruttive prevedono uno schema statico costituito da telai semplici collegati a binari su cui fare scorrere le strutture con una copertura in policarbonato trasparente.

Tale metodologia costruttiva infatti prevede uno schema costituito da semplici telai principali costruiti con profili di alluminio estruso e collegati mediante una orditura secondaria la cui  funzione, oltre che di controventare i telai principali, è quella di sorreggere e ancorare il pannello di copertura in policarbonato. Alla base dei telai vi è un sistema di binari su cui i telai stessi possono scorrere sia mediante un impianto automatico sia mediante movimentazione manuale.
I principali vantaggi di queste tipologie costruttive sono:
• estrema leggerezza sia per i profili costituiti da alluminio che per la tipologia di copertura costituita da elementi in policarbonato. L’alluminio ha infatti un peso specifico pari a circa 1/3 dell’acciaio mentre il policarbonato ha un peso pari a circa la metà rispetto ad una lastra di vetro di spessore similare.
• Resistenza alla corrosione, l’alluminio non è soggetto a fenomeni corrosivi. Questo implica anche minore manutenzione.
• Facilità di cantierizzazione: l’accesso al cantiere in questione è estremamente complicato per cui la possibilità di potere montare gli elementi strutturali in cantiere mediante connessioni meccaniche o la facilità di movimentazione dei pezzi per via della loro leggerezza è fondamentale.
• Tipologie costruttive ampiamente presenti sul mercato e quindi collaudate sia costruttivamente che funzionalmente.

– PROGETTAZIONE ESECUTIVA
In base alle premesse ed alle considerazioni sin qui fatte si è sviluppato il progetto esecutivo che prevede una copertura con schema a due falde sorretta dalla struttura principale mediante elementi metallici collegati alla calastrellatura di rinforzo dei pilastri esistenti. Il tetto complessivamente è diviso in 4 macro elementi di cui i due laterali sono fissi e con i due elementi centrali scorrevoli e  che in configurazione aperta vanno a coprire le due falde fisse. I due macro elementi laterali fissi hanno una dimensione in pianta di circa a circa 16,3 x  6,35 m ed hanno una inclinazione iniziale rispetto all’asse orizzontale  di 13° per poi ridurre l’inclinazione a 4°.33 dopo circa 3 metri, mentre i due macro elementi mobili, dovendo scorrere sopra le parti fisse, hanno una larghezza leggermente superiore e pari a circa 17,0 x 6,34 m ed hanno la medesima inclinazione iniziale di 13° e successiva di 4°.33 ma con una altezza dei pilastri laterali inevitabilmente maggiore. I profili principali previsti in fase di progettazione hanno dimensioni esterne della sezione pari a 240 x 105 mm con cartelle int1erne da 4 mm e materiale alluminio tipo EN-AW6005, per i profili secondari il progetto prevede elementi di sezione 56 x 32 mm e spessore 3 mm realizzate in lega di alluminio tipo EN-AW 6063 e disposte ad interasse di 587 mm. I profili principali verranno rinforzati, nella zone di maggiore sollecitazione, mediante l’inserimento di squadrette in anticorodal 100 e fissati a questi tramite viti in acciaio inox disposte a quinconge. I profili principali inoltre avranno apposite scanalature necessarie per l’inserimento del pannello in policarbonato da 8 mm. Quest’ultimo dovrà essere un policarbonato compatto da 8 mm protetto ai raggi U.V. su entrambi i lati.

La copertura poggia su binari in alluminio Anticorodal 100 a loro volta poggiati su un longherone in legno lamellare connesso alle apposite mensole che sbalzano dai pilastri esistenti.
Più nello specifico la descrizione tecnica della copertura in oggetto che si sviluppa nei seguenti punti:

a) Copertura in alluminio e policarbonato compatto 8 mm;

b) Struttura di sostegno;

c) Binari di guida e ruote di scorrimento;

d) Motorizzazione;

e) Canalizzazione acque meteoriche;

f) Sistema di tenuta tra i moduli.

– TIPOLOGIA DI ANALISI STRUTTURALE E MODELLAZIONE NUMERICA.
La progettazione è stata eseguita verificando varie schematizzazioni necessarie per rappresentare le differenti configurazioni di carico  o per modellare con approcci strutturali, sia semplificati che complessivi,  necessari e propedeutici per potere stabilire lo schema strutturale, l’interasse e la sezione dei profilati nella configurazione ottimale sia dal punto di vista architettonico che strutturale nonché economico del manufatto.
Si è quindi proceduto a valutare differenti schematizzazioni e materiali partendo da semplici schemi fino a modellazioni numeriche complesse in grado di rappresentare lo schema totale della copertura, comprensivo degli elementi di collegamento alla struttura principale. Con le risultanze di tali modellazioni numeriche ci si è potuti interfacciare con i progettisti dell’intero complesso per valutare e progettare le interazioni tra le due strutture.
Essendo la struttura simmetrica si è proceduto sia ad un calcolo di metà copertura sia al calcolo della copertura completa o con schemi semplificati per la progettazione e la convalida della verifica delle parti principali.
La struttura è stata modellata con uno schema tridimensionale, a 6 gradi di libertà per nodo, utilizzando il metodo degli elementi finiti mediante il quale è possibile utilizzare vari elementi di libreria specializzati per schematizzare i vari elementi strutturali.
Nel modello sono stati tenuti in conto i disassamenti tra i vari elementi strutturali schematizzandoli come vincoli cinematici rigidi.  I vincoli tra i vari elementi strutturali e quelli con la struttura principale sono stati modellati in maniera congruente al reale comportamento strutturale.
In particolare, il modello di calcolo ha tenuto conto dell’interazione tra i telai principali in profilati di alluminio e gli elementi secondari mediante vincoli di tipo cerniera, cosi come anche per il collegamento ai longheroni in legno si è tenuto conto della connessione tra gli elementi mediante una cerniera flessionale

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