Park Tower Milano City Life: il calore d'idratazione della platea di fondazione

SOMMARIO
La presente memoria espone l’esperienza intrapresa nel corso della progettazione strutturale della Torre Park Tower di prossima realizzazione a Milano. In particolare, oltre agli studi canonici eseguiti per un edificio alto, per questa struttura è stato svolto un particolare studio finalizzato a valutare un aspetto progettuale importante quale quello del calore di idratazione della platea fondazionale. In seguito verranno esposti i criteri utilizzati per definire il problema termo meccanico, i risultati ottenuti dall’analisi e la validazione della metodologia di calcolo adottata per supportare le calcolazioni svolte.

Studies of thermal hydration’s problem for the mat foundation of Park Tower in Milan.

SUMMARY
The present paper explains the experience undertaken during the structural design of the Park Tower to be built in Milan. In particular, in addition to the standard studies performed for a tall building, for this structure, a dedicated study was carried out aimed at estimating a particular aspect of the design as important as that of the heat of hydration for the mat foundation of the building. In detail, in this report, the following are summarized: the criteria assumption to define the thermo-mechanical problem, the results obtained from the analysis and the criteria adopted to assess the numerical models.

1. INTRODUZIONE

1.1 Prefazione

In questi ultimi anni, anche in Italia, si sta intensificando la realizzazione di edifici alti che sempre più modificano lo skyline delle nostre città. La realizzazione di questa tipologia di costruzioni porta con se la necessità di risolvere problemi progettuali e cantieristici complessi legati alle dimensioni delle nuove realizzazioni che usualmente, per edifici ordinari, non vengono contemplati. Tra questi, uno dei più rilevanti, è la pianificazione dei getti massivi di grandi dimensioni che costituiscono le platee fondazionali delle future costruzioni. In generale, infatti, gli edifici alti sono caratterizzati da fondazioni massive che si distinguono per il notevole calore di idratazione che si sviluppa subito dopo il getto della fondazione stessa. L’analisi dei gradienti termici, che nascono nello spessore della platea nelle prime ore successive alle operazioni di getto, risulta fondamentale per poter escludere la formazione di fessurazioni corticali legate al problema di congruenza elasto termica della massa di calcestruzzo. Nelle seguenti memorie si presentano dunque gli studi condotti per l’argomento in oggetto.

1.2 Generalità

L’edificio per il quale è stato eseguito il presente studio è la Park Tower di futura realizzazione nell’ex quartiere storico della fiera di Milano oggi denominato City Life.
Il progetto architettonico della torre è stato redatto dallo Studio Daniel Libeskind LCC di New York mentre quello strutturale, definitivo ed esecutivo, dalla MSC Associati S.r.l di Milano. In particolare, il progetto dei cementi armati è a firma dell’Ing. Sergio Levati con il coordinamento tecnico dell’Ing. Andrea Sangalli e la supervisione del Prof. Antonio Migliacci del Politecnico di Milano, tutti e tre soci della MSC Associati S.r.l.
La committenza è invece rappresentata da City Life S.r.l. la quale ha incaricato come General Contractor il gruppo City Contractor S.c.a.r.l.
Il suddetto intervento edilizio consta nella realizzazione di una superficie di oltre 26000 m² prevedendo 3 piani interrati e 25 fuori terra destinati principalmente ad uso residenziale. L’altezza del futuro edificio sarà di oltre 120 metri di cui 105 fuori terra così come rappresentato nella seguente immagine.

2. I DATI DI PROGETTO

2.1 La platea oggetto di studio

L’analisi del calore di idratazione è stata condotta per la platea fondazionale della torre che, all’interno della più estesa superficie della fondiaria, ha circa le dimensioni dell’edificio fuori terra.

La superficie in pianta della platea fondazionale è di circa 2600 m²; l’altezza di questo elemento strutturale è di 3 metri nella parte centrale, dove sono presenti i due cores di controvento in calcestruzzo, e di 2 metri nella parte perimetrale dove invece insistono le colonne in cemento armato. Il volume totale del getto è di circa 4600 m3 realizzati con calcestruzzo di classe C28/35 LH in classe di esposizione XC2, caratterizzato da una resistenza cubica a schiacciamento pari a 35 MPa e una miscela a basso calore di idratazione (Lower Hidratation). La classe di consistenza assunta è di tipo autolivellante SCC (Self Compatting Concrete) ciò per migliorare la costipazione del getto nelle fitte armature presenti di tipo B450C, pari a 2 strati Ø 30 (30x30) per il getto H=2,00 m e 3 strati Ø 30 (30x30) per il getto H=3,00 più tutti gli infittimenti necessari per l’equilibrio delle sollecitazioni flessionali agenti.

La soluzione numerica di un problema termo fisico complesso, come quello dello studio del calore di idratazione di un getto massivo, è fortemente condizionata dalla determinazione dei valori di input da assumere preliminarmente all’analisi. Per tale ragione, al fine di definire correttamente i parametri relativi al calcestruzzo senza dover valutare empiricamente quelli presenti in letteratura, con la committenza, già nello sviluppo del progetto esecutivo, si è condiviso di coinvolgere il futuro fornitore delle miscele cementizie. Tale possibilità ha avuto un grosso vantaggio progettuale perché si è riusciti ad individuare e risolvere tutti quei problemi tecnologici ed ergotecnici legati alla realizzazione di una lavorazione “fuori scala” come quella di realizzare in un’unica soluzione temporale un getto di calcestruzzo di volume superiore ai 4600 m³.
Per quanto riguarda la progettazione della Torre, è stata utilizzata la norma NTC2008 e relativa circolare applicativa più gli Eurocodici 2 e 8 applicati utilizzando i relativi NAD italiani.

2.2 I calcestruzzi previsti in progetto

Nel dettaglio, oltre la direzione lavori ed il collaudatore statico in corso d’opera, è stata coinvolta la Società Unical del gruppo Buzzi – Unicem la quale, per le proprie miscele, ha fornito i seguenti parametri che hanno permesso di qualificare le caratteristiche fisiche dei calcestruzzi in progetto.
Per quanto concerne lo sviluppo di calore del calcestruzzo nel tempo, i tecnologi della Unical hanno fornito la curva adiabatica della miscela prevista in progetto. Tale curva, la quale riporta lo sviluppo nel tempo della temperatura successivamente il getto iniziale, è stata determinata mediante una campagna di prove sperimentali eseguite ad hoc nei propri laboratori. La curva è stata definita attraverso test eseguiti su campioni prova isolati termicamente, quindi in condizioni adiabatiche, rispetto all’ambiente esterno. La temperatura iniziale del getto è stata stimata in 20°C assumendo quindi che, dalla miscelazione iniziale nell’impianto di betonaggio, nel corso del trasporto in cantiere, la miscela inizia a riscaldarsi in relazione alla reazione esotermica legata appunto all’idratazione del cemento.
La curva adiabatica risulta quindi quella rappresentata nella seguente immagine:

Il diagramma, in particolare, evidenzia una temperatura massima della miscela di 53°C a circa 120 ore dal getto iniziale originando quindi un delta termico di 33°C. Infine, per l’impostazione dell’analisi numerica, sono stati condivisi i valori del calore specifico del calcestruzzo, assunto pari a 892.5 J/kg K, e quello della conducibilità termica, assunta pari a 2 W/m K.

2.3 Definizione delle fasi di getto della platea

Definite le caratteristiche fisiche del calcestruzzo, per studiare l’evoluzione nel tempo delle temperature all’interno dello spessore della platea, è stato necessario fare un progetto esecutivo delle fasi di getto per la realizzazione della fondazione. Il primo dato che si è condiviso con i tecnologi della Unical è stato quello relativo alla capacità di approvvigionamento che è stata valutata pari a 130 m3/ora equivalenti all’arrivo in cantiere di 13 betoniere di 10 m3 cadauna all’ora.
Tale capacità di approvvigionamento è stata ritenuta possibile grazie a 2 centrali di betonaggio del gruppo, limitrofe all’area di cantiere, dedicate esclusivamente alla fornitura del calcestruzzo della platea fondazionale. Nella valutazione di tale parametro, è stato peraltro individuato un terzo impianto di riserva, necessario nel caso, nel corso delle operazioni di getto, si fossero manifestati problemi ad uno dei primi due impianti.
Il getto della platea è stato programmato attraverso l’utilizzo di due autopompe collocate diametralmente circa opposte rispetto al perimetro del getto stesso, capaci con i loro bracci di coprire l’intera superficie della platea. Anche in questo caso sì è programmata la presenza stabile di una terza pompa nel caso, nel corso delle operazioni di getto, si fossero presentati problemi ad una delle prime due. Il posizionamento delle autopompe è stato valutato congruentemente alla logistica di cantiere al fine di permettere l’arrivo, lo stazionamento e la ripartenza delle betoniere evitando intralci alla circolazione con conseguenti problemi di tempistica nella realizzazione del getto stesso.
Adottando un calcestruzzo di tipo SCC, si è valutato che da ogni singolo punto di colata, si potesse coprire una superficie di 7 metri di raggio e ciò ha permesso di definire 12 punti di getto per ogni pompa per coprire l’intera superficie della platea. La velocità di scarico di ogni betoniera, sulla scorta di lavori analoghi, è stata valutata in 8 min a macchina.
In base a queste informazioni, si è allora riusciti a valutare le velocità di getto della platea; in particolare, considerando una velocità di afflusso di 130 m3/ora, si è stimata una velocità di getto di 33 cm/ora per il primo metro della parte di platea alta 3 metri e, per la restante superficie, una velocità pari a 6,25 cm/ora. Con tali dati si è ricavato allora che il tempo totale previsto per il getto risulta di circa 35 ore consecutive.
La definizione di questi parametri ha definito le ascisse temporali dell’analisi di costruzione per fasi e ciò ha permesso di valutare l’evoluzione delle temperature considerando anche il transitorio termico iniziale.

Nell'articolo completo:

2.4 Analisi delle temperature ambientali
3. ANALISI NUMERICA
3.1 Obbiettivo dell’analisi
3.2 Il modello ad elementi finiti
3.3 Risultati dell’analisi numerica
3.4 Analisi dei risultati
3.5 Validazione del modello di calcolo
4. CONCLUSIONI
4.1 Commento sull’attendibilità delle analisi
4.2 Ringraziamenti

Memoria tratta dalle Giornate AICAP - Bergamo 2014