Rinforzo strutturale con FRP per la realizzazione delle piste curling: dalle analisi strutturali al cantiere

Fabio Manzone - Ingegnere, libero professionista, Docente esterno Politecnico di Torino Chiara Falcini - Architetto, Ufficio Stampa Fibre Net S.p.A. 12/09/2018 1757

Il palazzetto del ghiaccio “PalaTazzoli” di Torino, con una capienza fino a 3000 posti a sedere, ha ospitato gli allenamenti di short-track e pattinaggio di figura durante le Olimpiadi del 2005 e, dopo la chiusura dei Giochi, è diventato il palaghiaccio della città conservando la propria funzione.

Alcuni interventi recenti hanno riguardato l’installazione di nuovi impianti tecnologici sulla copertura delle due piste ghiaccio, denominate pista 1 e pista 2, e la realizzazione di due nuove piste per la pratica del gioco del curling.

Il presente articolo tratta del rinforzo strutturale con FRP, oggi coperto da CVT, per la realizzazione delle piste curling, dalle analisi strutturali alle verifiche di sicurezza eseguite in fase di progettazione fino alla realizzazione in cantiere delle opere di rinforzo.

Cos’è il CVT?

Il CVT – Certificato di Valutazione Tecnica, previsto dalle NTC 2018 come documento di valutazione e accettazione dei materiali innovativi ad uso strutturale, rappresenta per la DDLL il primo strumento di accettazione dei materiali in cantiere. Tale certificazione contiene al suo interno le informazioni essenziali riguardanti il materiale, dalle caratteristiche fisico-meccaniche, alla configurazione del rinforzo, alle temperature di esercizio, alle modalità di controllo di accettazione in cantiere.

La descrizione dell’edificio

In antitesi con le architetture industriali circostanti, l’edificio si presenta come un grosso volume che si affaccia su corso Tozzoli con un profilo curvilineo marcato da un muro in mattoni a facciavista, parallelo al corso cittadino, oltre il quale si snoda un grande foyer vetrato. Gli accessi avvengono dalle due piazze poste ai due estremi dell’edificio sui lati corti e la pista del ghiaccio si pone ad una quota di -4,5 metri con un’altezza complessiva di circa 14 metri sotto trave.

Le gradinate delle tribune si distribuiscono in maniera rettilinea lungo i lati della pista e sono sormontate da due ordini di palchi con accesso direttamente dal foyer.

La copertura è realizzata con una struttura in legno lamellare in forma di cassettonato regolare con tamponamenti in grigliato metallico.

rRinforzo strutturale con FRP per la realizzazione delle piste curling

1a. Vista delle tribune di pista 1 lato Via Arborea in corrispondenza di uno dei due ingressi al palaghiaccio.

Rinforzo strutturale con FRP per la realizzazione delle piste curling

1b. La copertura in legno lamellare.

Le piste per il curling previste al piano primo dell’edificio, sul lato corto del palazzetto verso via Arborea, sostituiscono i locali adibiti a sala stampa per una superficie complessiva di circa 500mq. La realizzazione delle nuove piste ha comportato il rinforzo delle strutture esistenti (solai, travi e pilastri in calcestruzzo) con materiali compositi FRP (Fiber Reinforced Polymers) a causa dell’incremento dei carichi permanenti agenti su di esse.

Rinforzo strutturale con FRP per la realizzazione delle piste curling

2. Pianta secondo solaio, strutture oggetto di intervento.

Rinforzo strutturale con FRP per la realizzazione delle piste curling

3. Alcuni ambienti a piano primo che saranno adibiti a piste curling.

Rinforzo strutturale con FRP per la realizzazione delle piste curling

4 Vista degli spazi a piano terreno.

Analisi delle strutture esistenti

Nella porzione centrale del fronte, la struttura è costituita da telai in c.a. gettato in opera (pilastri e travi) posti ad interasse 470cm. Tra i telai è presente un solaio in lastre predalles (h=23cm piano primo, h=32cm piano di copertura) con cappa collaborante ad estradosso.

Nella sezione del telaio tipo, lato est (figura 5) sono leggibili gli elementi strutturali interessati dai nuovi interventi, ossia:

  • solaio a lastra, secondo solaio – spessori 23 cm per i telai centrali e 32cm per le porzioni di estremità;
  • travi secondo solaio – ribassate dim. 50x100 cm per i telai centrali, in spessore 120x32cm-80x32 per le porzioni di estremità;
  • pilastri interni piano interrato – rettangolari dim. 50x75 cm;
  • pilastri interni piano terra e piano primo – circolari dim. ø50 cm;
  • pilastri di bordo piano terra e piano primo– rettangolari dim. 25x50 cm;

Rinforzo strutturale con FRP per la realizzazione delle piste curling

5. Sezione telaio tipo – LATO EST

Per quanto attiene le caratteristiche geometriche degli elementi strutturali, la porzione di edificio interessata dai rinforzi presenta:

Fondazioni

Le fondazioni dei telai del lato corto EST del palazzetto sono composte da travi a T rovescia, denominate “TR1”, di larghezza pari a 200 cm e altezza pari a 75 cm nella parte centrale e a 50 cm nelle zone laterali. E’ presente inoltre un cordolo di collegamento 50x50cm tra le travi TR1 e il muro controterra verso il lato esterno (via Arborea).

Pilastri

I pilastri soggetti all’incremento dei carichi derivante dall’installazione delle nuove piste curling sono identificabili in due gruppi: pilastri interni e pilastri di bordo differenziano per carico e sezione trasversale.

Travi

Le travi di interesse per l’intervento sono situate su secondo solaio (piano primo). Sono travi ribassate aventi sezione rettangolare pari a 50x100 cm, e sezioni in spessore rettangolari pari a 120x32cm.

Solai

I solai in oggetto, nella parte centrale-solaio tipo 1, sono costituiti da lastra prefabbricate C.A.N. con cappa collaborante superiore aventi larghezza 120cm (n. 3 tralicci da 15 cm e n. 2 blocchi di alleggerimento interposti di larghezza pari a 37.5 cm) e spessore totale 23 cm (6+12+5).

Nelle porzioni esterne, solaio di tipo 2, lo spessore è pari a 32 cm (6+20+6).

Rinforzo strutturale con FRP per la realizzazione delle piste curling

6a. Schema solaio tipo 1, spessore 23 cm.

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6b. Estratto dalla pianta del progetto costruttivo, lastre solaio tipo 2.

Il progetto di rinforzo delle strutture esistenti

L’intervento di rinforzo è stato progettato in ottemperanza alle Norme tecniche per le costruzioni D.M. 14.01.2008 e s.m.i. ed in particolare del capitolo 4, 7 ed 8 per quanto concerne le opere di rinforzo strutturale.

Il Comune di Torino è classificato in zona sismica 4 ai sensi della classificazione emanata dalla Giunta Regionale (Deliberazione della G.Regionale 12 dicembre 2011, n. 4-3084).

L’intervento in oggetto si configura, secondo le definizioni del D.M. 14 gennaio 2008 e della Circolare n. 617 del 2 febbraio 2009, come intervento di miglioramento di costruzione esistente. 

Le 2 nuove piste curling previste in progetto insistono su circa l’80% della superficie del solaio del I piano e la nuova stratigrafia (figura 7), in aggiunta a quanto attualmente esistente, ha comportato un incremento dei carichi permanenti sugli elementi strutturali.

La nuova stratigrafia del solaio per accogliere le piste curling

7. La nuova stratigrafia del solaio per accogliere le piste curling.

Per quanto attiene la variazione di destinazione d’uso, dunque, ossia la conversione della sala stampa in pista di allenamento per lo sport del curling, essa ha comportato la modifica dei carichi globali e conseguentemente la verifica dello stato esistente e dell’incremento previsto in progetto per definire i rinforzi necessari.

A tale scopo sono state condotte analisi per la caratterizzazione meccanica dei materiali esistenti mediante indagini in situ (ai sensi del par. C.8.5.3 della Circ. 617) che hanno previsto il prelievo di carote di cls e spezzoni di barre d’armatura per poter desumere i valori delle resistenze meccaniche del calcestruzzo in opera e delle barre d’armatura. In particolare:

CALCESTRUZZO (dati estratti da Relazione di calcolo del progetto esecutivo)

  • Rck 25 N/mm2 Fondazioni e muri controterra
  • Rck 30 N/mm2 Travi, pilastri e solai

Per la determinazione dei valori sono state eseguite indagini in situ, prove distruttive ed estrazione di carota di cls e prova di compressione.

ACCIAIO PER ARMATURE (dati estratti da Relazione di calcolo del progetto esecutivo)

  • FeB44K    fyk = 430 MPa

Per la determinazione dei valori sono state eseguite indagini in situ, prove distruttive e prove di trazione delle barre d’acciaio.

Inoltre, in considerazione di un rinforzo eseguito con materiali compositi (nastri e lamine pultruse), sono state prese in considerazione le caratteristiche di tali materiali e, in particolare:

> Nastri in materiale composito a matrice polimerica e fibra di carbonio (CFRP) ad alta resistenza e tenacità:

  • Grammatura 300-320 g/mq
  • tensione di rottura del nastro ≥ 3500 Mpa
  • tensione di rottura fibre di carbonio pari a 4700-4900 MPa,
  • Densità della fibra ≈ 1.8 g/cm3
  • modulo elastico fibre di carbonio e nastro pari a 240-250 GPa,
  • allungamento a rottura fibre di carbonio ≥ 1,5%

> Lamina pultrusa in fibra di carbonio (CFRP) ad alta resistenza e tenacità:

  • tensione di rottura a trazione della lamina ≈ 2000 MPa
  • modulo elastico a trazione della lamina ≥130 GPa
  • allungamento a rottura della lamina ≥ 1,3%
  • Densità della fibra 1,6 - 1.8 g/cm3
  • Tensione di rottura a trazione area di fibre 3100-3500 MPa
  • Modulo elastico a trazione area di fibre 230-250 GPa
  • Allungamento a rottura fibra ≥ 0.9 %
  • Malta per preparazione supporto per successivo incollaggio FRP
  • Resistenza a trazione ≥ 2 Mpa

Per l’analisi del comportamento degli elementi strutturali interessati dall’incremento di carico conseguente alla nuova stratigrafia sono state condotte analisi globali e locali tramite 4 modelli di calcolo distinti attraverso l’utilizzo di software di calcolo agli elementi finiti.

È stato inoltre valutato il comportamento globale della struttura soggetta ai nuovi carichi tramite un modello della porzione EST del palazzetto, fino al primo giunto strutturale, posto sulla mezzeria dei lati lunghi delle tribune. In questa modellazione è stata considerata anche l’azione sismica.

Modello globale della porzione EST del palazzetto

8a. Modello globale della porzione EST del palazzetto.

Modello del telaio tipo interessato dall'incremento di carich

8b. Modello del telaio tipo interessato dall'incremento di carichi. 

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All'interno dell'articolo integrale i seguenti paragrafi:

  • VERIFICHE STRUTTURALI SLU e RINFORZI
  • RINFORZO CON MATERIALI FIBRE NET
  • POSA IN CANTIERE

rinforzo-frp-palaghiaccio-torino-fibrenet-18c.jpg

Alcuni dettagli delle fasi di posa del rinforzo con lamine pultruse.