Analisi statica delle strutture di copertura e loro progettazione Della chiesa di Cristo RE (LA SPEZIA)

Descrizione dell'opera

Il progetto generale di massima è dovuto alla collaborazione tra l'arch. Adalberto LIBERA di Roma e l'arch. Cesare GALEAZZI della Spezia, il quale ha curato la progettazione esecutiva.

La soluzione architettonica è scaturita dall'esame dei fattori ambientali e dalle esigenze di ubicazione e di funzionalità. Infatti l'ambiente caratterizzato da grandi spazi, volumi e dislivelli fortissimi con rapido passaggio dal mare alla collina, la vastità dell'area collinare in cui sistemare la costruzione, l'esigenza architettonica di soddisfare ad una duplice esposizione: a sud da sopra al porticato verso il grande piazzale sul mare, a nord sul vasto sagrato per l'accesso del pubblico, sembravano attendere la soluzione a pianta circolare.

Con le limitazioni imposte dal bando di concorso la soluzione adottata, con diametro di cinquanta metri, consente all'interno una capienza di sole 2500 persone, ma altre 10.000 almeno possono adunarsi nella vasta piazza del sagrato, in occasione di particolari cerimonie.

L'accesso al vano chiesa avviene dalla piazza a sud mediante una galleria con ingresso dal porticato e dal sagrato attraverso tre aperture. La forma coni­ca della copertura e la concavità del pavimento, imposte dalla posizione cen­trale dell'Altare, caratterizzano il volume interno del tempio.

Il concetto base sul quale si articola la distribuzione degli spazi interni trae origine dalle nuove norme liturgiche: l'ubicazione delle varie destinazioni sacre su un cerchio ideale che si racchiude sulla Mensa, conserva l'unitarietà dell'intero ambiente che è la caratteristica di maggior rilievo della Chiesa. Alle spalle del Celebrante è situata l'area destinata al Capitolo della Cattedrale con le Cattedre Vescovili e gli stalli dei Canonici; al di là di queste sono ubicate le scale di accesso al piano sottostante ove si trovano l'Aula Capitolare, la Sagre­stia, la Sala e la Cappella del Vescovo; la casa canonica è sistemata al piano inferiore alla quota del terrazzo soprastante i portici.

ANALISI STATICA DELLA COPERTURA

Concavità verso il basso e raccordato al contorno con 12 coni minori ità opposta.

circonferenza esterna è impostato un fascione a doppia curvatura iide iperbolico) di 10 m di altezza; appropriati elementi strutturali )flO la trasmissione degli sforzi dal fascione al guscio di copertura.

fata rigidezza di forma della struttura ha consentito l'adozione di spes­Lti con totale assenza di nervature portanti o irrigidenti. Il complesso :uito è sostenuto da dodici pilastri ad esso vincolati in corrisponden­tici dei coni minori mediante cerniere sferiche.

risoluzione del problema strutturale

Struttura statica e deformativa del guscio non potendo attuarsi in forma :on i metodi classici della Scienza delle costruzioni, richiedeva il ri­procedimenti numerici utilizzando il calcolo automatico. Si è pertanto il metodo degli elementi finiti che, come noto, consiste nella discre­del problema fisico reale in un modello matematico costituito dal-di un numero finito di elementi connessi tra di loro.

udio è stato limitato, per ragioni di simmetria, a metà guscio; in realtà ~ria della copertura e con essa i carichi permanenti, presenta un gra­metria assai più elevato. Si rileva tuttavia che per le forze orizzontali vento è stato necessario estendere l'analisi del calcolo a metà guscio, re lungo la parte di contorno corrispondente al piano diametrale con a sezionata la struttura, le condizioni di vincolo che rappresentino Iella mezza copertura mancante. Di conseguenza ai nodi di questa saranno consentiti spostamenti verticali e le rotazioni, nel piano flor­iano diametrale, saranno nulle.

re si è imposto ai vertici dei coni minori l'annullarsi dei momenti; si conto infine della flessorigidezza dei piedritti ammettendo sposta­stici orizzontali di detti vertici.

stati utilizzati elementi triangolari di un unico tipo, sufficientemen­simanti la forma equilatera con superfici pressoché equivalenti. La )flC assunta conserva la simmetria della struttura reale; gli elementi :titi in corrispondenza delle discontinuità geometriche ed in partico­ossimità delle zone di tangenza dei contorni del cono centrale con coni periferici caratterizzate dal tipico comportamento a lastra. Le :e globali sono riferite ad una terna ortogonale destra di assi cartesia­l'origine nel vertice del cono centrale. Per assegnare la suddivisione ) in elementi, è stata fissata la posizione in pianta di ogni nodo deter­ne le coordinate polari; mentre la terza coordinata è stata individuata l'intersezione delle superfici dei coni. I carichi assunti sono quelli alla Normativa Italiana, nelle seguenti combinazioni:

Considerazioni sull'andamento delle curve delle tensioni

I dati in uscita dell'elaboratore consistono nella formulazione dello stato di deformazione dei nodi e dello stato di tensione nei baricentri dei singoli elementi in cui è stato suddiviso il guscio.

Dall'interpretazione dei dati sono state tracciate le linee a tensione princi­pale costante.

Dall'analisi globale delle curve di tensione è possibile distinguere le zone caratterizzate da un prevalente comportamento membranale da quelle con ti­pico comportamento a lastra.

Tra le prime, la zona centrale del cono, sino a cird~a tre quinti della genera­trice dello stesso, presenta curve con andamento pressoché circolare. In essa le tensioni sono di compressione con valori variabili da O a 21 kg cm

Questa zona e delimitata da una fascia caratterizzata da un flesso che la separa (la una seconda zona con comportamento a membrana e tensioni di trazione comprese tra O e 25 kg cm

Ancora in regime membranale si trovano i coni minori con valori di ten­sione di compressione crescenti dal contorno al vertice (cerniere) ove la ten­sione raggiunge il valore di 50 kg cm

I valori massimi delle tensioni si hanno nelle zone con comportamento a lastra; è opportuno rilevare che il passaggio tra queste ultime e le adiacenti in regime membranale avviene gradualmente, fatta eccezione per le zone di tan­genza tra il contorno del cono principale e quello dei coni minori. Analogo comportamento a lastra, ma con valori più contenuti, presentano le zone a forma di triangolo mistilineo comprese tra il contorno del cono principale e quelli dei coni minori.

Valori di tensione ancora più limitati caratterizzano le zone comprese tra i contorni dei coni minori ed il perimetro della copertura.

L'andamento pressoché simmetrico delle curve di tensione dimostra come la notevole rigidezza della struttura nel piano orizzontale ha limitato l'effetto della distribuzione non simmetrica dei carichi dovuti al vento.

Vincoli della copertura

- (N.d.c.): Il PTFF è una resina tcrmoplastica che liquefa a temperatura molto elevata (495 ⁰C Ca.); e ottimamente resistente agli agenti chimici èdotata di mancanza di adesività rispetto ad ogni materiale e possiede un bassissimo coefficiente di attrito, il che spiega l'utilizzazione di un siffatto materiale nella particolare applicazione descritta nel testo. Il PTFE mantiene le proprie caratteristiche entro LIfl ampio range di temperatura poiché le catene di carbonio, che ne costituiscono la struttura, hanno limitata possibilità di deformarsi grazie alla guaina protettiva, formata dagli atomi dei fluoro, che si comporta come una stnlttura compatta e rigi(la.

La copertura è collegata alle estremità dei pilastri mediante supporti arti­colati onde evitare le sollecitazioni relative agli spostamenti conseguenti al disarmo e alle escursioni termiche.

In fase di disarmo il peso proprio della copertura provoca in corrispon­denza degli snodi una rotazione nel piano diametrale di circa un grado sessa­gesimale.

Sono stati realizzati snodi sferici speciali a contatto obliquo del tipo "lun­ga vita" che non richiedono perciò lubrificazione periodica.

E stato scelto tale tipo di snodo, anziché uno assiale perché l'articolazione deve essere in grado di sopportare oltre al carico assiale costituito dal peso della copertura, anche quello radiale dovuto all'azione del vento.

Tale soluzione ha inoltre consentito di soddisfare l'esigenza del passaggio del pluviale, attraverso il foro dell'anello interno.

Lo snodo impiegato ha dimensioni 310 x 600 x 150 mm ed è costituito da un anello interno di acciaio al cromo, temperato, rettificato e dotato di super­ficie di lavoro levigata, ed uno esterno di acciaio C 35 bonificato. All'interno di quest'ultimo è saldata una gabbia di acciaio che ha il compito di trattenere in sede appositi dischi di materia plastica rinforzata con fibre di vetro e contenen­te additivi del tipo PTFE (politetrafluoroetilene)(^1~

Tali dischi sono forzati in appositi vani della gabbia e sporgono rispetto a questa di alcuni millimetri: il moto di strisciamento avviene perciò tra l'anello interno e i dischi stessi. La pressione massima sulle superfici di strisciamento calcolata in base alla massima sollecitazione è di 23 kg mm² con un coefficiente di sicurezza di 3,5.

L'adozione degli snodi sferici, a contatto obliquo, ha permesso di dare ai supporti una forma costruttiva semplice e di particolare affidabilità. La parte infe­riore del supporto, nella quale è montato l'anello esterno dello snodo, è di ghisa ed è fissata mediante viti ad una piastra di base annegata nel calcestruzzo. La parte superiore, su cui è disposto l'anello interno dello snodo, è costituita da una strut­tura di lamiera saldata, a forma di cono rovesciato (o tamburo) la cui estremità superiore viene incorporata nel calcestruzzo della copertura.

Per proteggere gli snodi dalle sostanze estranee prima e, particolarmente, durante il getto del calcestruzzo, è stata inserita tra le due parti del supporto una speciale guarnizione di feltro.

Modalità esecutive

La particolare caratteristica della copertura, che affida alla forma la note­vole rigidezza strutturale, consentendo l'adozione di limitati spessori, ha imposto una esecuzione continua del getto con predisposizione totale delle opere provvisionali di carpenteria e delle armature rnetalliche~^2~.

Le operazioni di getto sono state effettuate da due squadre di operai con i continui che con inizio contemporaneo dallo stesso punto hanno proce­to in direzioni contrarie fino al ricongiungimento nella posizione diametral­nte opposta a quella di partenza.

Le rilevanti dimensioni del fascione hanno indotto a ridurre il conseguen­eso mediante alleggerimento realizzato con tubi p.v.c. inseriti verticalrnen­nel getto.

Prima di iniziare le operazioni sono stati sistemati apparecchi per la misu­delle deformazioni dovute al peso proprio al centro della copertura e lungo ntorno del fascione; sono state inoltre osservate le rotazioni delle cerniere sommità dei pilastri.

Tutti i valori letti agli apparecchi di misura sono risultati inferiori a quelli rici il che evidenzia, tra l'altro, un modulo di elasticità del conglomerato eriore a quello assunto in sede di calcolo.