NUOVI MATERIALI E TECNOLOGIE NEGLI EDIFICI ALTI Pietro Crespi *

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1 NUOVI MATERIALI E TECNOLOGIE NEGLI EDIFICI ALTI Petro Cresp * * Poltecnco d Mlano, Dpartmento d Ingegnera Strutturale Pazza Leonardo da Vnc 32, 2033 Mlano, Italy Sommaro. La dsponbltà d materal da costruzone avent specfche caratterstche prestazonal, rende ogg possble la realzzazone d alt edfc (altezze sull ordne almeno de 80 m crca) avent snellezza e leggerezza abbnate a forme archtettonche sempre pù orgnal. In queste stuazon, le strutture d tal edfc devono far fronte, oltre che a carch permanent e varabl dovut alla gravtà, anche alle forze orzzontal dovute al vento, che crescono al crescere dell altezza della costruzone, nonché a quelle del ssma. In Mlano, per tal altezze costruttve ha sgnfcato l azone del vento. L organzzazone e l dmensonamento delle strutture vertcal atte a sopportare le forzant eolche rappresenta qund l prncpale problema strutturale d quest alt edfc. Per un dmensonamento ottmale della struttura, dventa qund fondamentale la descrzone accurata dell azone eolca agente. Spesso carch da vento defnt dalle normatve non sono adeguat a descrvere fedelmente l azone del vento sull edfco. Può pertanto essere utle una caratterzzazone della veloctà d rfermento del vento nel sto, che tenga conto anche della drezonaltà de vent d progetto. Rsulta noltre ndspensable, n partcolar modo nel caso d edfc a geometra complessa, la spermentazone n gallera del vento, a strato lmte, su modell n scala dell edfco e del suo contesto urbano al fne d rcavare le forze global e le presson local agent sull edfco stesso. Dalle msurazon ottenute n gallera del vento, s rcavano le forzant eolche da applcare all edfco per l dmensonamento delle strutture d controvento atte a garantre sa la stabltà (SLU) che l buon funzonamento n eserczo (SLE). Da questo punto d vsta, oltre a classc parametr d controllo, qual lo spostamento n sommtà e lo spostamento relatvo d nterpano, assume un mportanza notevole l controllo della massma accelerazone la quale, al fne d garantre l comfort degl occupant, deve manteners al d sotto d cert lmt. Tale accelerazone s può determnare attraverso la stma dell amplfcazone dnamca della rsposta strutturale dell edfco sottoposto all azone del vento, che può essere contenuta lmtando perod propr della struttura. A tal fne possono essere utl l mpego d calcestruzz ad alta resstenza (HSC), per aumentare la rgdezza delle strutture d controventamento, e l utlzzo d appost dspostv d smorzamento (TMD). Gl argoment ora descrtt verranno llustrat con partcolare rfermento agl edfc alt attualmente n fase d realzzazone a Mlano.

2 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt Nuevos materales y tecnologías en los edfcos altos Petro Cresp Dep. de Ingenería Estructural, Poltécnco de Mlán Sumaro. En la actualdad, la dsponbldad de materales de construccón provstos de específcas característcas de rendmento, hace posble la realzacón de altos edfcos (de aproxmadamente 80 m. de altura como mínmo) dotados de esbeltez y lgereza, junto a formas arqutectóncas cada vez más orgnales. En estas stuacones, las estructuras de dchos edfcos deberán hacer frente, además de las cargas permanentes y varables debdas a la gravedad, tambén a las fuerzas horzontales debdas al vento, que crecen al aumentar la altura de la construccón, además de las del seísmo. En Mlán, a la realzacón de dchas alturas de construccón, le afecta de forma sgnfcatva la accón del vento. La organzacón y el dmensonamento de las estructuras vertcales fnalzadas a soportar la presón producda por el vento representa, por lo tanto, el prncpal problema estructural de estos altos edfcos. Para realzar un dmensonamento óptmo de la estructura cobra una mportanca fundamental la descrpcón detallada de la accón eólca presente. A menudo las cargas por vento defndas por las normatvas no son adecuadas para descrbr felmente la accón del vento sobre el edfco. Por consguente, puede ser útl una caracterzacón de la velocdad de referenca del vento en el sto, que tambén tenga en cuenta la drecconaldad de los ventos de dseño. Además, resulta ndspensable, en partcular en el caso de edfcos de geometría compleja, la expermentacón en túnel de vento, en capa límte, sobre modelos en escala del edfco y de su marco urbano, con el fn de conocer las fuerzas globales así como las presones locales que actúan sobre el propo edfco. De las medcones obtendas en el túnel de vento, se deducen los valores de la presón producda por el vento, que se tenen que aplcar al edfco para realzar el dmensonamento de los arrostramentos fnalzados a garantzar tanto la establdad (ELU), como el buen funconamento durante el servco (ELS). Desde este punto de vsta, además de los cláscos parámetros de control, tales como el desplazamento lateral en la parte superor del edfco y el desplazamento relatvo entre plantas, cobra una mportanca consderable el control de la máxma aceleracón, la cual, para asegurar el confort de los ocupantes, deberá mantenerse por debajo de certos límtes. Dcha aceleracón, puede determnarse a través de la evaluacón de la amplfcacón dnámca de la respuesta estructural del edfco sujeto a la accón del vento, que puede reducrse lmtando los perodos propos de la estructura. A tal fn puede resultar útl el uso de hormgones de alta resstenca (HAR), para aumentar la rgdez de los arrostramentos, así como la utlzacón de específcos amortguadores de masa (TMD). Los temas que se acaban de descrbr, se explcarán en el detalle hacendo referenca, en partcular, a los edfcos altos que se están realzando en Mlán actualmente. (ELU) Estado límte últmo (ELS) Estado límte de servco (TMD) Tuned mass damper

3 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt INTRODUZIONE La crescente attenzone ne rguard della sostenbltà economca e ambentale delle costruzon fa assumere un mportanza sempre maggore all ottmzzazone degl element struttural degl edfc, n partcolar modo per gl edfc alt. In queste costruzon, nfatt, l ncdenza del costo delle strutture su quello dell ntera opera è notevole, tanto che l nterazone tra tpologa strutturale e organzzazone archtettonca, n termn d forma e dstrbuzone degl spaz funzonal, rappresent uno degl aspett fondamental della progettazone. La struttura degl edfc alt deve fare fronte, oltre che agl usual carch gravtazonal, permanent o varabl, anche alle azon orzzontal eserctate dal vento e dal ssma, medante gl element d controventamento che, se opportunamente dmensonat, consentono d: - contenere gl spostament total e d nterpano, garantendo la funzonaltà; - rdurre le accelerazon, asscurando l benessere degl utent; - economzzare e massmzzare le superfc utl. Nel seguto verranno sntetzzate alcune consderazon sullo stato dell arte nella concezone e nell evoluzone delle tpologe struttural degl edfc alt. Molto mportante è la scelta de materal da costruzone da mpegare nella realzzazone delle strutture degl edfc alt, che deve tener conto d vare propretà tra le qual: la resstenza meccanca, la rgdezza, la duttltà, la durabltà e la resstenza al fuoco. Inoltre, alcune problematche che condzonano la selezone del materale da costruzone pù approprato sono: la semplctà del processo costruttvo, l costo d mpanto, la veloctà d realzzazone, l mpatto ambentale e vncol d tpo storcoartstco del sto. Il cemento armato s dmostra un materale da costruzone molto effcente nel soddsfare requst sopra ndcat, specalmente da quando sono dsponbl calcestruzz ad alte prestazon (HPC) e ad alta resstenza (HSC). Alcune delle propretà d quest calcestruzz nnovatv verranno evdenzate nel seguto alla luce dell mpego nella realzzazone d edfc alt. La valutazone corretta delle azon e degl effett del vento sulle strutture d un edfco è un operazone complessa, che può essere affrontata numercamente o spermentalmente. Mentre l mpego della fludodnamca computazonale (CFD, Computatonal Flud Dynamc) è ruscto solo recentemente a rcostrure numercamente quadr pressor agent su un edfco mmerso nel moto turbolento dell ara; la spermentazone n gallera del vento a strato lmte svluppato ha orma una tradzone consoldata ed è n grado d fornre le nformazon necessare per un ottma progettazone, evdenzando anche possbl problem legat all nstaurars d fenomen dnamc potenzalmente nstabl. Sotto l azone del vento turbolento, l moto dell edfco può ndurre negl occupant dverse reazon fsche (nausea, capogr, vertgn, ) o pscologche che possono far perdere valore economco a pan alt. Essendo eccessvamente oneroso rdurre l moto n modo da renderlo mpercettble anche n caso d tempesta d vento, l obettvo progettuale dventa quello d trovare un gusto compromesso tra mpego d rsorse economche e suffcente lvello d comfort per gl occupant accettando che, per determnat temp d rtorno dell azone, la struttura possa essere messa temporaneamente fuor eserczo.

4 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt 2 GLI EDIFICI ALTI Consderando l uso cu è destnato l edfco alto da realzzare, s possono evdenzare seguent scop sgnfcatv: - dfensvo (le torr); - comuncatvo ( campanl); - mpantstco (le cmnere, le antenne per telecomuncazon); - resdenzale o terzaro; - come landmark o espostvo (ved l caso della Tour Effel). In quanto segue c s focalzzerà sulla tpologa d edfco alto attualmente pù sgnfcatva, quella a destnazone resdenzale o per uffc. Lo svluppo d questa categora d edfc alt è sgnfcatvamente relazonato a progress fatt nella conoscenza delle problematche struttural, de materal da costruzone, de sstem mpantstc e delle tecnologe legate al trasporto n altezza delle persone. In seguto al crescente svluppo n altezza d questa tpologa d edfc, recentemente s è anche comncato a dstnguere tra edfc alt n senso stretto (tall buldngs), comprendendo tutt quell d altezza nferore a 300 m, e supergrattacel (super-tall buldngs), avent nvece altezze superor a 300 m. Nella Tabella vengono sntetzzat alcun cas salent dell evoluzone degl edfc alt, s può notare come questa sa avvenuta n poch ann, a partre dalla seconda metà del XIX secolo, con una progressva accelerazone nello svluppo n altezza che ha raggunto l suo massmo negl ultm decenn. Nella Fgura sono rportat alcun degl edfc alt pù rappresentatv, per dmenson e tpologa costruttva. Anno d Nome Cttà Pan Quota ultmo Stato ultmazone solao (gugla) 873 Equtable Lfe Buldng New York 8 43 m Demolto 889 Audtorum Buldng Chcago 7 82 m (06 m) Esstente 890 New York World Buldng New York m (06 m) Demolto 894 Manhattan Lfe Insurance Buldng New York 8 06 m Demolto 899 Park Row Buldng New York 30 9 m Esstente 908 Snger Buldng New York m Demolto 909 Met Lfe Tower New York m Esstente 93 Woolworth Buldng New York m Esstente Wall Street New York 70 (283 m) Esstente 930 Chrysler Buldng New York m (39 m) Esstente 93 Empre State Buldng New York m (449 m) Esstente 969 John Hancock Center Chcago m (457 m) Esstente 972 World Trade Center (North tower) New York 0 47 m (528 m) Demolto 974 Wlls Tower Chcago m (527 m) Esstente 998 Petronas Towers Kuala Lumpur m (452 m) Esstente 2004 Tape 0 Tape m (508 m) Esstente 2007 New York Tmes New York m (39 m) Esstente 2008 Shangha World Fnancal Center Shangha m Esstente 200 Burj Khalfa Duba m (828 m) Esstente Tabella : Cronstora d alcun edfc alt sgnfcatv

5 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt Chrysler Buldng Empre State Buldng John Hancock Center World Trade Center Wlls Tower Petronas Towers Tape 0 New York Tmes Burj Khalfa Fgura : Alcun degl edfc alt pù prestgos Negl edfc alt v è un forte legame tra struttura e forma archtettonca. Nella struttura s s possono rconoscere due tp d sstem che nteragscono tra loro: - sstem struttural concept per carch gravtazonal (sola, colonne, paret); - sstem struttural concept per resstere alle azon orzzontal (strutture d controventamento), che assumono rlevanza crescente con l altezza dell edfco, condzonandone anche l archtettura. Dal punto d vsta de materal da costruzone mpegat nella realzzazone delle strutture, gl edfc alt possono essere classfcat n: - strutture n accao: elevate prestazon meccanche, leggerezza e facltà d assemblaggo. È la tpologa pù usata per supertall buldngs soprattutto per la rapdtà d esecuzone; aspett negatv sono l elevato costo e la scarsa resstenza all ncendo; - strutture n calcestruzzo armato (ad alte prestazon): pù economche d altre tpologe, consentono d ottenere delle costruzon dotate d notevole rgdezza; - strutture composte accao-calcestruzzo: consentono d avere costruzon molto rgde e con rdotte dmenson delle colonne e de sett. In funzone delle dverse tpologe d sstem d controventamento, gl edfc alt

6 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt possono essere classfcat come segue [, 2]: - Telao semrgdo: n cu le azon orzzontal vengono assorbte dalle colonne, dalle trav e n parte dalle connesson. Consente d raggungere altezze dell ordne d 0 pan. - Telao rgdo: s oppone alle azon orzzontal medante la deformazone flessonale del telao costtuto da colonne e trav rgdamente connesse tra loro. Idoneo per edfc fno a 30 pan. - Telao rgdo assocato a sstem d controventamento: n questo caso le azon orzzontal vengono rpartte tra l telao e le paret d taglo (nel caso d struttura n c.a.) o controvent con dagonal (nel caso d strutture n accao). Consente d raggungere anche 50 pan con snellezze che vanno da 8 a 0 e amp spaz tra le colonne (6 9 m). - Telao con belt-trusses o outrggers: al telao s assocano un elemento controventante d spna pù un sstema d mensole orzzontal che collegano l nucleo centrale con le colonne esterne, n sommtà o anche a quote ntermede. In questo modo la struttura, soggetta alle azon orzzontal, benefca d un contrbuto rrgdente legato alla messa n trazone delle colonne sopravento, consentendo l raggungmento d pan. - Tubo telao permetrale: costtuto da una struttura scatolare controventante esterna formata da colonne con nterasse 2 4 m e trav d altezza cm, assocate ad un telao nterno su cu s scarcano solo carch gravtazonal. Idoneo per pan, consente nterasse tra le colonne nterne fno a 20 m. - Tubo telao permetrale con dagonal esterne: presenta una struttura scatolare controventante esterna costtuta da colonne, trav e maxdagonal n faccata su cu s scarcano sa carch orzzontal che quell gravtazonal. L assenza d colonne nterne consente d ottenere amp spaz lber ntern. - Strutture retcolar spazal: costtute da una struttura prncpale retcolare, essenzalmente n accao su cu s scarcano sa le azon orzzontal che quelle vertcal. Consente d raggungere notevol altezze (70 50 pan). - Strutture a mensola controventata nternamente: a panta quadrangolare e costtute da quattro grand trav che collegano l nucleo controventato con gl spgol dell edfco. L altezza raggungble è d crca 60 pan. - Strutture con panta a Y e core centrale: sstema adottato n edfc d recente realzzazone che consente snellezze rdotte e possbltà d avere ambent maggormente llumnat naturalmente. Nel caso d edfc d partcolare snellezza (superore a 0) potrebbe po essere necessaro ntegrare le strutture d controventamento con sstem attv o passv d dsspazone qual gl smorzator a massa accordata (tuned mass damper). 3 I NUOVI CALCESTRUZZI I calcestruzz ad alte prestazon (HPC) e ad alta resstenza (HSC) d nuova generazone, con class d resstenza rspettvamente comprese tra C45/55 e C60/75 e tra C70/85 e C00/5, possono, se opportunamente ottmzzat, rendere l mpego del calcestruzzo molto compettvo, rspetto ad altr materal, per la costruzone d edfc alt. Infatt, oltre a possedere un elevata resstenza a compressone a maturazone completata, manfestano anche un veloce ndurmento che consente una rapda

7 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt scasseratura. Bast pensare come, dopo un gorno d maturazone, la resstenza d un calcestruzzo C60/75 possa essere anche otto volte superore a quella d un C35/45. Mglor prestazon s rscontrano anche a lvello d modulo d elastctà statco: nel calcestruzzo HPC C60/75 questo è,4 volte maggore che nel C35/45. I calcestruzz HPC sono caratterzzat anche da elevata durabltà, s rscontrano nfatt una maggore resstenza a ccl d gelo e dsgelo, un mnore assorbmento capllare e un elevata resstenza al fenomeno della carbonatazone. La spegazone d questa propretà de calcestruzz HPC va rcercata nel basso valore del rapporto acqua/cemento (tpcamente 0,3 0,4) con cu vengono realzzat che l rende molto compatt e, d conseguenza, poco permeabl. Rcordamo che un elevata durabltà è fondamentale per ottenere delle lunghe vte d eserczo con bass cost d manutenzone, anche a fronte d cost d mpanto pù elevat, al fne d mnmzzare l costo della costruzone sull ntero cclo d vta, scuramente rlevante per un edfco alto. I var element struttural che compongono l edfco alto sfruttano n modo dverso le succtate propretà de calcestruzz HPC: per plastr sono fondamental l elevata resstenza e durabltà, per mur d controvento la resstenza e la rgdezza (per contenere gl spostament orzzontal) e per sola la resstenza a breve termne (per la scasseratura antcpata) e l modulo elastco (per rdurre la frecca stantanea). I calcestruzz HPC e HSC possono essere sa d tpo normale sa autocompattante (SCC, self compactng concrete). Il calcestruzzo SCC è caratterzzato da elevata fludtà allo stato fresco, n assenza d segregazone, che ne consente la messa n opera senza vbrazone, autocompattandos per effetto della gravtà (semplctà e veloctà d posa). L mpego de calcestruzz autocompattant è qund molto utle n gett d pccolo spessore o n presenza d armature molto ftte. L nconvenente maggore nell mpego degl SCC è la necesstà d sgllare perfettamente casser per evtare l reflusso del calcestruzzo, tale operazone rappresenta un onere economco e temporale agguntvo. Tra var tp d calcestruzz HPC/HSC s voglono menzonare n partcolare nuov lmestone concrete (LSC) avent caratterstche d SCC e prodott senza mpego d aggunte d materal fn (es. fumo d slce) o accelerant, che sono stat oggetto d una recente campagna d caratterzzazone presso l Poltecnco d Mlano [3]. Lo svluppo d quest calcestruzz è stato motvato dal tentatvo d elmnare alcun nconvenent legat all utlzzo del fumo d slce negl HPC, tra qual: l elevato costo (4 5 volte quello del cemento), l maggor rtro e la tendenza a rapda esscazone con conseguente mcro fessurazone [4, 5]. Questo programma d rcerca ha consentto lo svluppo d LSC, con caratterstche d SCC, contraddstnt da un buon comportamento reologco e un rapdo svluppo della resstenza meccanca. Inoltre, lo studo del mxdesgn ha permesso d formulare dverse rcette del LSC specfche per var component tpc d un edfco alto: - per trav, plastr e solette: LSC con alta resstenza e rgdezza; - per sett e mur: LSC con elevata rgdezza e resstenza alla temperatura; - per mur d contenmento: LSC con bassa permeabltà ed elevata durabltà ne confront dell aggressone da parte d sal e sostanze nqunant. A rprova della compettvtà dell mpego de calcestruzz HPC/HSC rspetto ad altr materal da costruzone nella realzzazone d edfc alt [6], nella Tabella 2 s prende n consderazone l nfluenza del materale su dvers aspett legat all effcenza dell edfco alto ( smbol +, 0 e - ndcano rspettvamente buona, neutra e cattva prestazone). S può notare come calcestruzz ad alte prestazon sano molto

8 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt performant ne confront d tutt gl aspett consderat [2]. In merto al costo d costruzone, la Tabella 3 [7] rporta un confronto de cost relatv d colonne n cemento armato, accao e a sezone composta accao-calcestruzzo (normalzzat a un calcestruzzo HPC). S può notare come calcestruzz HPC ed ancor pù gl HSC sano compettv con le strutture a sezone composta accao-calcestruzzo, mentre le sezon n accao rsultno le pù costose n assoluto. L mpego d calcestruzz ad alte prestazon autocompattant, pompabl fno a 300 m d altezza e con moderne tecnologe d casseratura consentono l completamento d un pano d un edfco a torre n 4 5 gorn lavoratv, raggungendo le tempstche d costruzone tpche delle strutture n accao, storcamente consderate pù rapde da realzzare. Crtero Cemento armato (NSC) Cemento armato (HPC, HSC) Accao Composto accao-cls Costo d costruzone Peso edfco Rgdezza Lbertà n panta Resstenza al fuoco Tempo d costruzone Superfce utle Totale Tabella 2: Confronto delle prestazon d dvers materal da costruzone Sezone Caratterstche Cost relatv mm HPC (f ck = 60 MPa) 6Y24 bars, R0-360 tes mm HSC (f ck = 20 MPa) 8Y24 bars, Y tes mm HSC (f ck = 20 MPa) 8Y24 bars, R0-360 tes CHS accao (f sk = 250 MPa) rempto con HPC (f ck = 60 MPa) CHS accao (f sk = 250 MPa) rempto con HSC (f ck = 20 MPa),00 0,79 0,77 0,98 0,7 accao (f sk = 350 MPa), al mm, anma mm 2,2 Tabella 3: Costo d costruzone d colonne per dvers materal 4 L AZIONE DEL VENTO La contnua sfda n altezza nella edfcazone pone sempre nuove problematche legate alla descrzone dell azone del vento e delle sue conseguenze [8, 9]. Innanztutto occorre rcordare che le statstche d veloctà e drezone del vento attualmente utlzzate nell ngegnera sono rcavate dalle regstrazon effettuate dalle stazon metereologche a una quota d 0 m, dalle qual vengono estrapolate le veloctà del vento a tutte le quote medante dvers modell analtc. L altezza dello strato lmte

9 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt terrestre stmata da modell che stanno alla base de codc normatv è m che, alla luce delle recent rlevazon effettuate con pallon sonda metereologc, s è dmostrata nsuffcente. L mpego d tal profl d veloctà nella progettazone d supergrattacel è qund quantomeno dscutble. I pù recent modell dello strato lmte, come quello adottato dall ESDU, stmano n modo pù corretto la profondtà dello stesso n m, anche n presenza d elevate veloctà. Quest modell sono però applcabl solo a vent unform generat da dfferenze barometrche n regon contnental. Profl d veloctà adatt a descrvere vent generat dalle tempeste tropcal sono ancora argomento d rcerca. I modern supergrattacel sono caratterzzat da geometre sempre pù complesse e da snellezze elevate, questo comporta una maggore dffcoltà a garantre un adeguato lvello d comfort percepto. Tradzonalmente cò è ottenuto lmtando le accelerazon dell edfco sotto l azone del vento turbolento n condzon d eserczo (assocate a un perodo d rtorno d 0 ann). La defnzone delle accelerazon lmte è basata sa su analoge con l moto su mezz d trasporto, sa sulla spermentazone con smulator d moto n laboratoro e sulla cma degl edfc alt realzzat, confrontando le accelerazon msurate con le sensazon d dsturbo percepte dall uomo [0]. L donetà d queste lmtazon anche negl attual supergrattacel è ancora da valutare. Le stratege d ntervento per lmtare l valore delle accelerazon prevedono modfche della massa e/o della rgdezza strutturale o l ntroduzone d sstem d smorzamento supplementar. Tal tecnche d lmtazone del moto rsultano però neffcac quando le oscllazon dell edfco sono dovute al dstacco d vortc alternato che è nfluenzato solo dalla forma dell edfco. In questo caso s dovranno attuare ntervent che modfcano la geometra dell edfco qual l adozone d spgol smussat, rastremazon, arretrament, cambo della sezone trasversale con l altezza e ntroduzone d aperture. La gà accennata complesstà della geometra de nuov edfc alt rende po ndspensable la spermentazone n gallera del vento al fne d determnare le forzant eolche da utlzzare nella progettazone []. Una delle pù utlzzate tecnche d spermentazone n gallera del vento è la HFFB (Hgh Frequency Force Balance), basata sulla msurazone delle rsultant al pede d un modello rgdo n scala dell edfco medante una blanca aerodnamca. Questa tecnca permette un adeguata determnazone delle forze d progetto n quegl edfc n cu rsulta domnante l prmo modo d vbrare della struttura, potes che nel caso de supergrattacel può non essere verfcata. In alternatva è possble utlzzare la tecnca d msurazone e ntegrazone delle presson local che, dfferentemente dalla HFFB, consente d studare accuaratamente l comportamento d edfc n cu rsultno sgnfcatv anche mod d vbrare superor al prmo. Ovvamente l accuratezza de rsultat fornt da questa tecnca dpende fortemente dalla numerostà e dalla dstrbuzone delle prese d pressone nstallate sulla superfce del modello dell edfco. Nella sua versone HFPI (Hgh Frequency Pressure Integraton), graze alla recente dsponbltà d scanner d pressone ad alta frequenza ( 000 Hz), consente anche d acqusre store temporal della pressone ne var punt dell edfco mpegabl per uno studo della sua rsposta dnamca nel domno del tempo. La spermentazone n gallera del vento d modell aeroelastc degl edfc rappresenta l lvello d complesstà massmo delle ndagn che possono essere condotte nel tentatvo d caratterzzarne l comportamento sotto l azone del vento; tuttava, questa tpologa d ndagne vene rservata a stuazon molto

10 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt partcolar per va dell elevato costo e della dffcoltà d rprodurre n modo adeguato la reale rgdezza dell edfco nel modello n scala. 5 LA TORRE GARIBALDI-REPUBBLICA 5. Descrzone della torre Tra gl edfc alt che stanno sorgendo a Mlano, uno tra pù sgnfcatv è la torre A dell area Garbald-Repubblca (Fgg. 2, 3), progettata dall archtetto Cesar Pell e le cu strutture sono state svluppate dallo Studo MSC Assocat. Il progetto fa parte d un operazone d rqualfcazone urbanstca che prevede la costruzone d tre torr, d cu la torre A è la pù alta, pù altr edfc avent dverse destnazon d uso (resdenze, uffc e spaz pubblc), nell area antstante la stazone ferrovara d Porta Garbald. La torre A presenta 32 pan fuor terra e 4 pan nterrat. Assunta come quota d rfermento quella della pazza antstante la torre, pan nterrat s svluppano al d sotto d essa per crca 2 m, la quota della copertura della torre è a 40 m e, n sommtà, è presente una gugla ornamentale d 85 m che porta l altezza complessva dell edfco a 225 m (237 m dallo spccato d fondazone). Per la costruzone delle tre torr, vste le altezze, mplcazon economche hanno portato a sceglere una struttura n calcestruzzo armato con plastr, sett e sola n getto peno eseguto n opera anzché n carpentera metallca, rservando quest ultma al solo tralcco della gugla. Nella panta de pan tpc s possono rconoscere 4 nucle (left core, rght core, hgh-rse core e low-rse core), che accolgono le scale e gl ascensor della torre, ne prm 3 pan (Fg. 4); dal 4 pano alla copertura nucle s rducono a 3 scomparendo l low-rse core. Le colonne sono dsposte lungo tre allneament (parco, spna e pazza), oltre che sotto la proezone della gugla. Fgura 2: Vsta d nseme dell area d progetto Fgura 3: Localzzazone delle torr

11 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt Fgura 4: Panta de pan dal 3 al 3 Le colonne hanno sezone crcolare con dametro varable da un mnmo d 45 cm a un massmo d 35 cm n dpendenza della loro poszone e del pano d appartenenza. I mur, oltre che svolgere la funzone d appoggo per camp d solao adacent, fungono da controventatura della struttura. La loro sezone vara con l altezza e con la poszone, nella parte fuor terra l loro spessore è compreso tra 20 cm e 80 cm. I sola sono pastre bdrezonal n getto peno con captell n corrspondenza de plastr per far fronte al problema del punzonamento, l loro spessore vara n funzone della destnazone d uso de var pan: 22,5 cm con captell d 45 cm per pan ad uso uffco e 25 cm con captell d 47,5 cm per pan destnat a funzon tecnco-mpantstche (3 e 32 ). S ha po una pastra d rpartzone d 50 cm alla sommtà del low-rse core, sulla quale nsstono le due colonne d faccata de pan soprastant. La fondazone è costtuta da una platea n c.a. d spessore 220 cm, che s estende sotto l ntero edfco, al fne d ottenere una dstrbuzone de carch l pù possble unforme sul terreno. I carch gravtazonal prevst sulla struttura della torre sono: 2 kn/m 2 permanente d pano, 3 kn/m 2 sovraccarco per pan uffco, 4 kn/m 2 sovraccarco per pan a destnazone commercale (dal terra al 2), 7,5 kn/m 2 sovraccarco per pan a destnazone tecnca o mpantstca (3 e 32) e 0,75 kn/m 2 per l peso della faccata. Le relatve rsultant complessve alla base della torre sono rportate n Tabella 4. Tpologa carco Intenstà [MN] Peso propro platea d fondazone 6,90 Peso propro de pan nterrat 37,04 Peso propro de pan fuor terra 369,59 Peso propro dell ntera struttura 623,53 Peso edfco a vuoto (peso propro, permanent, faccate) 872,24 Peso complessvo edfco (peso a vuoto + sovraccarch) 05,8 Tabella 4: Carch gravtazonal applcat alla torre 5.2 L mpego de calcestruzz ad alte prestazon Fn dalla fase d progettazone prelmnare delle strutture della torre s sono analzzate le mplcazon tecnco-economche legate all utlzzo d calcestruzz tradzonal o ad alte prestazon, autocompattant o meno. S sono qund valutat cost della struttura (calcestruzzo, accao e casseforme) e la tempstca d costruzone (gorn

12 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt necessar per la casseratura, posa armatura, getto e scasseratura). Nella Tabella 5 s presentano quattro combnazon d materal mpegabl per la realzzazone degl element struttural n c.a, selezonate tra tutte quelle esamnate durante l ter progettuale e organzzate n ordne crescente d prestazon. Il caso I potzza la realzzazone della torre senza mpegare calcestruzz HPC, cas successv consderano nvece un mpego va va crescente d calcestruzz HPC con l obbettvo d mnmzzare volum d getto e le sezon degl element struttural. Il calcestruzzo C60/75 selezonato è un LSC, d tpo SCC, con basso rapporto acqua/cemento ( 0,35), lavorable per 20 e pompable fno a 50 m. Nella Tabella 6 vengono rassunt l dametro delle colonne e lo spessore de mur (mnmo e massmo) assocat a quattro cas ndagat, ottenut rpetendo l dmensonamento degl element struttural a partà d condzon d verfca (ne confront d resstenza e deformabltà). Per sola e per le fondazon valgono gl spessor rportat nel paragrafo precedente. Classe calcestruzzo Caso I Caso II Caso III Caso IV Colonne C45/55 C60/75 C60/75 C60/75 Mur C35/45 C35/45 C60/75 C60/75 Sola C45/55 C45/55 C45/55 C60/75 Fondazon C30/37 C30/37 C30/37 C30/37 Tabella 5: Combnazon d class d calcestruzzo ndagate Elemento Caso I Caso II Caso III Caso IV Dametro colonne (cm) Parco Spna Pazza Gugla Spessore mur (cm) Left Rght Low-rse Hgh-rse Tabella 6: Dmenson degl element vertcal nelle dverse combnazon ndagate L mpego d calcestruzz ad alte prestazon ha consentto qund d ottenere element struttural d mnor dmenson, permettendo così d aumentare la superfce utle n relazone alla superfce totale d pano (un aumento d 03 m 2 per le colonne e 67 m 2 per mur sull ntera torre). Inoltre s fa notare che l utlzzo d calcestruzzo HPC, graze alla maggore resstenza a breve termne, consente una rmozone de casser n temp brev rendendo vantaggosa la costruzone de nucle con la tecnca de casser rampant, che ben s presta anche all utlzzo d calcestruzz SCC. Nel caso IV s è consderata tutta la struttura n elevazone realzzata n calcestruzzo HPC. Questa soluzone consente d rdurre l volume d getto de sola (920 m 3 n meno sull ntero edfco) rducendone lo spessore d crca 2,5 cm a partà d deformabltà flessonale e resstenza al punzonamento. Tale rduzone comporta però un aumento d armatura flessonale (crca 50 t complessvamente). Inoltre, lo spessore nferore de sola n HPC garantsce solo una modesta rduzone de carch agent sulla struttura, non consentendo una rduzone delle sezon degl element vertcal. A fn della scelta della mglore combnazone d calcestruzz da mpegare è stata qund condotta un anals del costo d costruzone, basata su valor d mercato del 2007, data n cu è stato effettuato questo studo comparatvo, tenendo conto de cost

13 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt de materal, della casseratura, della manodopera e della varazone economca legata al mutamento della superfce calpestable. L aumento della superfce calpestable, nfatt, permette un aumento d valore del costruto a par superfce totale edfcata, vantaggo non trascurable essendo elevato l numero d pan dell edfco e la zona d prego dell edfco stesso. S è anche tenuto conto dell nfluenza sulla tempstca del cantere, e de suo rsvolt economc, n relazone alla possbltà d scasseratura n temp brev de calcestruzz HPC e SCC. I prezz del calcestruzzo utlzzat per l anals economca sono rportat nella Tabella 7. Il costo d pompaggo consderato è 6 /m 3 pù una quota fssa d 60. La manodopera per la posa del calcestruzzo ha un ncdenza d 5 /m 3. Il costo dell accao d armatura è,7 /kg, comprensvo d messa n opera, mentre la casseratura ncde per 38,5 /m 2 nel caso d calcestruzzo non autocompattante. Per calcestruzzo autocompattante s ha un onere agguntvo legato alla sgllatura de casser valutable n una persona/gorno ogn 50 m 2, allo stesso tempo s può stmare una rduzone a metà della tempstca del getto e a /5 della relatva manodopera. Da queste consderazon scatursce la valutazone economca rportata n Tabella 8. Calcestruzzo C30/37 C35/45 C45/55 C60/75 Non SCC SCC Tabella 7: Costo untaro de calcestruzz consderat ( /m 3 ) Calcestruzzo Caso I Caso II Caso III Caso IV Non SCC SCC Tabella 8: Costo complessvo della torre (k ) Le confgurazon pù vantaggose rsultano la III e la II, rspettvamente per l mpego d calcestruzz autocompattant e non, anche se con pccole dfferenze, mentre la soluzone pù costosa è sempre la IV. Rsulta qund convenente usare calcestruzz HPC per plastr e per mur, mentre non s notano grand vantagg mpegando calcestruzzo C60/75 per gl mpalcat. A valle d questa anals economca, tenendo conto anche d alcune mplcazon tecnche, s è scelto d realzzare la torre con l assortmento d calcestruzz del caso II nella versone SCC. Un altra problematca affrontata è quella legata allo svluppo del calore d dratazone, tpco de gett massv delle platee d fondazone. Il gradente termco, dovuto alla dfferenza d temperatura tra l centro della platea e la parte cortcale, s traduce nella nascta d trazon superfcal non trascurabl, specalmente ne prm gorn dopo getto, quando l conglomerato non ha ancora raggunto la sua pena resstenza, causandone la fessurazone. S è qund scelto, a seguto d anals termoelastche e ndagn spermental su un campone n scala reale d una porzone d platea fondazonale, d utlzzare un calcestruzzo C30/37 SCC ottenuto medante l mpego d specal addtv rtardant della presa e dello svluppo del calore d dratazone, realzzando le platee d fondazone medante due semgett (mtgando la produzone d calore) e rruvdendo artfcalmente la superfce del prmo getto (ovvando a problem d nsuffcente aderenza all nterfacca tra le due fas d getto). Una nota conclusva va spesa per menzonare l fatto che gl edfc del complesso Garbald-Repubblca hanno ottenuto la certfcazone LEED (Leadershp n Energy and

14 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt Envronmental Desgn) relatva alla sostenbltà ambentale delle opere. Dal punto d vsta strutturale cò è stato possble mpegando calcestruzz e acca con un elevato contenuto d rcclato, sa esso d post-consumo o d post-produzone ndustrale. 5.3 La spermentazone n gallera del vento L altezza dell edfco e la bassa ssmctà del sto fanno rendono la torre A pù sensble alle azon del vento che non a quelle del ssma. Data la partcolare geometra della torre e la presenza della gugla n poszone eccentrca, per valutare nel modo pù accurato possble gl effett aerodnamc, s sono determnate le azon eolche agent sulla costruzone medante una campagna spermentale condotta nel 2006 presso la gallera del vento del CRIACIV (Unverstà d Frenze) su un modello n scala della torre e del suo contesto urbano. In Fgura 5 è rportata una vsta d nseme della gallera del vento utlzzata che è d tpo asprato (con ventlatore a valle della camera d prova) a crcuto aperto, con una sezone d lavoro larga 2,4 m, alta,6 m e lunga 4 m. Per smulare correttamente le condzon real è stato generato uno strato lmte all nterno della gallera ponendo, per tutta la sua lunghezza, de cubett d legno d dverse dmenson n grado d fornre una rugostà opportuna, oltre che quattro element vertcal (spres) d altezza 00 cm all mbocco della gallera, n grado d generare turbolenza con una scala maggore de vortc (Fg. 6). Fgura 5: Vsta d nseme della gallera del vento Fgura 6: Camera d prova Le prove n gallera del vento hanno rguardato la msura delle presson sulla superfce esterna e la msura delle forze alla base della torre. Il modello della torre, d tpo rgdo, è stato realzzato n materale plastco, n scala :350, n modo da garantre una buona rproduzone de partcolar, la forabltà a fn dell nsermento delle prese d pressone e la presenza d un volume cavo all nterno n cu alloggare cav e trasduttor d pressone. L ambentazone esterna alla torre, che non è sede d msurazon, è stata realzzata n modo da garantre una corretta rproduzone degl ostacol (edfc, strade, zone alberate) nella zona mmedatamente crcostante la torre stessa. Il modello e la sua ambentazone sono stat po collocat sulla pattaforma rotante della camera d prova (Fg. 7), avente dametro d 2 m.

15 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt vento α Y y x X Fgura 7: Modello della torre e ambentazone Fgura 8: Sstem d rfermento Dopo una prma fase d calbratura del proflo del vento ncdente sul modello, sono state esegute le msure d pressone, n campo dnamco, ad una veloctà d 7 20 m/s (n modo da rdurre l pù possble gl effett d una non corretta scalatura del numero d Reynolds), per 6 dverse drezon d ncdenza del vento (da 0 a 35, con passo 22,5 ), medante rotazone n senso oraro della pattaforma della camera d prova (Fg. 8). L angolo α = 0 corrsponde alla drezone normale alla faccata lato parco. Nel modello della torre A sono state nserte 40 prese d pressone così rpartte: 47 sulla faccata lato parco, 52 su quella lato podo, 5 sul Rght Core e 4 sul Left Core. La poszone delle prese d pressone è stata defnta col metodo de topoet, suddvdendo la superfce della torre n 40 aree d nflenza nel barcentro delle qual è stata collocata la presa d pressone (Fg. 9), la cu msura d pressone s rtene rappresentatva dell ntera area d nfluenza d competenza. Le prese d pressone sono po collegate a de trasduttor d pressone d tpo pezoelettrco, n grado d trasformare la pressone n segnale elettrco, medante de pccol tub n materale plastco del dametro d crca mm. I trasduttor d pressone, d dmenson alcuanto contenute, sono alloggat all nterno del modello della torre e consentono l acquszone smultanea d pù segnal a una frequenza d camponamento d 250 Hz, permettendo un accurata descrzone del campo d pressone sulla struttura. Come controllo della qualtà delle rsultant alla base del modello della torre ottenute per ntegrazone delle presson msurate localmente, s sono effettuate delle ulteror prove, nelle stesse condzon, collocando l modello su una blanca aerodnamca. Le msure hanno dato valor analogh confermando qund n modo ndretto la bontà della mappatura delle prese d pressone sulla superfce del modello e dell potes d pressone costante sulle stesse. La valutazone delle forzant eolche s basa sulla conoscenza della veloctà d rfermento v ref, defnta come l massmo valore della veloctà meda msurata n ntervall d 0 mnut a 0 m dal suolo n campo aperto, del sto n questone. Questo valore corrsponde a una veloctà con perodo d rtorno T R = 50 ann, coè con una probabltà d superamento su base annua del 2%. In Mlano la veloctà d rfermento v ref prevsta dalla normatva è par a 25 m/s. Per quanto rguarda la caratterzzazone della rugostà del sto s sono assunt seguent valor de coeffcent prevst dal proflo defnto dalla normatva: coeffcente d topografa c t =, coeffcente d rugostà k r = 0,22, quota z 0 = 0,30 m, quota mnma z mn = 8 m. Data l mpossbltà pratca d strumentare con delle prese d pressone la gugla posta sulla sommtà dell edfco (per le rdotte dmenson de suo element alla scala del modello), s è scelto d valutarne le forze medante una seconda campagna condotta su un modello della sola gugla n scala /00 posto sulla blanca aerodnamca.

16 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt Le presson msurate dalle prese durante le prove n gallera sono state normalzzate rspetto alla pressone corrspondente alla quota d rfermento z ref assunta par a 40 m (quota della copertura n scala reale). Per le prove sulla gugla la quota d rfermento è stata fssata a 200 m (crca la sommtà della gugla). Nella Tabella 9 sono rportat valor della pressone d rfermento p ref alle dverse quote e per dvers perod d rtorno consderat, con cu sono state fatte le normalzzazon. Per gl angol d ncdenza del vento ndagat s sono determnate le cnque confgurazon d coeffcent d pressone C p assocate a massm d Gumbel (che hanno una probabltà d superamento del 2% su base annua) de tagl (V x, V y ) e de moment (M x, M y, M z ) alla base della torre nel rfermento locale x, y (nella drezone del vento e ortogonalmente, Fg. 8). In totale s avranno qund 80 (= 6 5) quadr d coeffcent d pressone C p, del tpo d quello rportato n Fgura 0, che massmzzano le azon alla base della torre da mpegare nella progettazone dell edfco [2, 3] Fgura 9: Aree d nfluenza e celle d pressone Fgura 0: Mappa de coeffcent d pressone p ref [Pa] Torre (z ref = 40 m) Gugla (z ref = 200 m) T R = 500 ann T R = 50 ann T R = 0 ann Tabella 9: Valor della pressone d rfermento 5.4 Modellazone strutturale ed effett dnamc del vento L anals strutturale della torre sotto l azone de carch gravtazonal e da vento è stata condotta con l auslo d un modello numerco a element fnt mplementato col codce d calcolo Mdas Gen. Nel modello della torre s sono schematzzat plastr con element beam, sola e sett con element plate, controvent della gugla con element truss e la platea d fondazone è stata consderata poggante su un letto d molle, per un totale d element mpegat par a (02822 plates beams + 78 trusses). Le azon del vento sono state applcate al modello a element fnt n corrspondenza

17 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt de bord de pan come forze per untà d lunghezza, rcavate moltplcando la pressone locale per l altezza d nfluenza d ogn pano. Impalcato tpo pan 3-3 Impalcato tpo pan 4-32 Modello completo Impalcato copertura Fg. : Alcune vste del modello a element fnt della Torre A Oltre alle forze quas-statche del vento determnate attraverso coeffcent d pressone, s sono applcate al modello della torre anche le forze rsonant, forze statche equvalent che tengono n conto gl effett dnamc del vento [4, 5]. Queste forze sono state determnate per le sole seguent sette drezon d ncdenza del vento: 0, 90, 57,5, 80, 247,5, 270, 35 ; che rappresentano le drezon de quattro quadrant prncpal pù le tre drezon n cu sono massme alcune rsultant alla base. La determnazone delle forze rsonant s basa sulla conoscenza della denstà spettrale d potenza (PSD, Power Spectral Densty) de moment regstrat alla base della torre nel rfermento locale (M x, M y, M z ) e nel rfermento globale (M X, M Y, M Z ), ottenble medante trasformazone nel domno delle frequenze delle store temporal d tal grandezze acquste durante le prove con blanca aerodnamca. Occorre noltre conoscere prm mod d vbrare della torre, sa n termn d frequenza che d forma dell autovettore. In partcolare, come s vedrà nel paragrafo successvo, nel caso n esame s ha l assocazone del prmo modo d vbrare con l momento M X, del secondo modo col momento M Y e del terzo modo col momento M Z (attorno all asse vertcale della torre). Gl ncrement d momento alla base dell edfco per effetto de fenomen dnamc, dett moment rsonant M res, s valutano (nelle tre drezon) con la relazone:

18 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt M res, j ( f ) π = gres, f j SM, j () 4ζ dove f j e ζ j sono rspettvamente la frequenza propra e l coeffcente d smorzamento (assunto par al 5%) del j-esmo modo d vbrare, S M, (f j ) è la PSD del momento nella - esma drezone camponata n corrspondenza della frequenza propra f j e g res, è l fattore d pcco rsonante nella -esma drezone dato da: g res, ( f T ) 0,5572 = 2 ln j + (2) 2 ln ( f T ) dove T = 600 s è l perodo d osservazone, coè la durata delle sngole store temporal consderate, nella scala reale de temp. La Tabella 0 mostra un confronto tra moment quas-statc dervat dall ntegrazone delle presson (M Gumbel ) e corrspondent moment rsonant (M res ), admensonalzzat rspetto alla pressone alla quota d rfermento z ref = 40 m e per T R = 50 ann. j , , M res,x M Gumbel,X M res,y M Gumbel,Y M res,z M Gumbel,Z Tabella 0: Confronto tra moment rsonant e moment quas-statc (Gumbel) espress n m 3 Le forze statche equvalent nelle due drezon X e Y (F res,x, F res,y ) e moment torcent Γ res,z attorno all asse vertcale, alla quota z del pano -esmo, valgono: F F Γ res,x res,y res,z ( z ) ( z ) ( z ) = M = M = M res,y res,z res,x = n n = n = I m m I m m dove m(z ) e I(z ) sono rspettvamente la massa e l momento d nerza dell -esmo pano e ϕ m (z ) è l valore dell autovettore dell m-esmo modo alla quota z. Per tener conto della non contemporanetà de massm delle forze quas-statche F qs e delle forze rsonant F res, nelle vare drezon, dall anals della correlazone tra le store temporal acquste s sono rcavat de coeffcent d non-contemporanetà γ n grado d combnare correttamente massm delle vare grandezze [6]: z z (3)

19 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt ( ) = γ ( α) ( F + F ) + γ ( α) ( F + F ) + γ ( α) ( F F ) F α + (4) Y qs,x res,x X qs,y res,y Z qs,z res,z 5.5 Anals numerche Oltre alle consuete anals lnear, n presenza delle condzon d carco d progetto, s sono anche condotte anals d frequenza, per evdenzare eventual effett rsonant ndott dalla forzante eolca, anals n presenza d non lneartà geometrca per tener conto dell effetto nstablzzante de carch vertcal e una anals d costruzone per fas per valutare n modo precso la dstrbuzone de carch d pano tra nucle d controventamento e le colonne, d rgdezza assale molto dversa. Dovendo garantre l comfort dell edfco, rsulta partcolarmente nteressante la verfca d deformabltà della torre, sulla quale c soffermeremo nel seguto. Le anals delle frequenze propre della torre sono state condotte su 4 dvers modell n cu s sono varat de parametr n modo da evdenzarne l nfluenza su rsultat. Il modello è stato consderato con e senza l potes d pano rgdo, su suolo elastco o con ncastro alla base e con rgdezza flessonale pena o rdotta degl element vertcal (per tener conto della fessurazone). Le anals hanno confermato che, data la notevole rgdezza delle pastre d solao nel loro pano, l potes d daframma d pano rsulta assolutamente accettable. Nella Fgura 2 vengono rassunt rsultat dell anals d frequenza del modello mpegato per le verfche d deformabltà. Modo Flessonale attorno all asse X f = 0,2386 Hz T = 4,907 s Modo 2 Flessonale attorno all asse Y f 2 = 0,2543 Hz T 2 = 3,932 s Fgura 2: Prm tre mod d vbrare della torre Modo 3 Torsonale f 3 = 0,323 Hz T 3 = 3,2 s Consderando la concomtanza delle azon quas-statche del vento e delle forze rsonant così come defnto n (4), s è osservato che allo stato lmte ultmo (T R = 500 ann) l accurato dmensonamento delle strutture della torre e l mpego d calcestruzz HPC fanno s che l ncremento d sollectazone nelle colonne e ne sett dovuto agl effett dnamc non super ma l 4%. Consderando nvece lo stato lmte d eserczo (T R = 0 ann), nella Fgura 3 s dagramma lo spostamento massmo degl ultm due mpalcat, nelle 7 drezon d vento ncdente esamnate, confrontandolo con la lmtazone H/500 (dove H = 40 m è l altezza della torre). Allo stesso modo nella Fgura 4 s prende n consderazone lo spostament relatvo d nterpano a tre lvell sgnfcatv confrontandolo con la lmtazone h/600 (ndcando con h = 4,075 m l altezza dell nterpano tpo). S può notare che le verfche d deformabltà sono sempre soddsfatte tranne che per due drezon d ncdenza del vento (0 e 57,5 ) n cu lo spostamento d nterpano al pano terra rsulta eccessvo (s d = h/523).

20 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt 67, , , , , , , , ,5 247,5 2,5 247,5 copertura esmo 57,5 202,5 lmte 80 Fgura 3: Spostamento assoluto n copertura copertura 3-esmo mo 57,5 202,5 lmte 80 Fgura 4: Spostamento d nterpano Con procedmento analogo a quello adottato per l calcolo delle forze rsonant s possono po stmare anche le accelerazon nelle due drezon X, Y e le accelerazon angolar attorno a Z, alle vare quote d pano z, attraverso le seguent relazon [4, 5]: X&& Y&& && θ ( z ) ( z ) ( z ) = = = n res,y = n n n res,x = n = F = res,z = n = F Γ m I m Le massme accelerazon calcolate al pano copertura n condzon d eserczo sono rportate n Tabella, dalla quale s evnce che n tutte le drezon l accelerazone è nferore al lmte d accettabltà d 5 mg. Solo consderando la combnazone delle tre component, con un crtero tpo l SRSS (square root of sum of square) per tener conto della non contemporanetà de massm nelle vare drezon, s rcava un valore d accelerazone lneare d crca 34 mg nel punto pù lontano dal centro d rotazone della torre. Tale valore eccede l lmte d verfca, ma s tratta d una stuazone puntuale che non nfca l buon comportamento n eserczo della torre. ϕ ϕ ϕ 3 2 ( z ) ( z ) ( z ) X & Y & & θ 0, m/s 2 0,08879 m/s 2 Valore 0,00268 rad/s 2 2,689 mg,924 mg Corrspondente drezone del vento Tabella : Accelerazon massme al pano copertura (T R = 0 ann) (5)

21 Petro Cresp Nuov materal e tecnologe negl edfc alt 6 CONCLUSIONI La contnua sfda n altezza delle costruzon pone costantemente nuove problematche struttural nella realzzazone degl edfc alt. Questa stuazone rappresenta un ncessante stmolo alla rcerca e allo svluppo d nuov materal da costruzone e nuove tecnologe. In questa ottca s è presentato l contrbuto che possono dare calcestruzz ad alte prestazon, n partcolare lmestone concrete (LSC) con formulazone autocompattante, nella realzzazone d edfc alt n cemento armato, con notevol vantagg sa d tpo economco che d ngombro geometrco n panta. La geometra sempre pù complessa delle archtetture moderne rende dffcle la valutazone delle forzant eolche, determnant nel dmensonamento delle strutture degl edfc alt, che non possono prescndere da una valutazone spermentale n gallera del vento a strato lmte svluppato. A questo scopo s sono mostrate le tecnche spermental pù avanzate sa per l acquszone della dstrbuzone delle presson sulla superfce dell edfco sa per la valutazone degl effet dnamc. Le consderazon precedent sono state po contestualzzate nel caso della torre A del complesso Garbald-Repubblca, n va d realzzazone n Mlano. S sono mostrate le conseguenze economche e struttural d dverse scelte ne calcestruzz da mpegare e s è descrtta accuratamente la valutazone degl effett del vento sull edfco. In questo caso l mpego d calcestruzz ad alte prestazon ha consentto d contenere le dmenson delle sezon delle colonne e de nucle, garantendo nel contempo una suffcente rgdezza strutturale e permettendo d mantenere l perodo propro della struttura ben al d sotto de 5 s, evtando così l mpego d dspostv d smorzamento (TMD, tuned mass damper) per mtgare la rsposta dnamca n condzon d vento. 7 RINGRAZIAMENTI L autore ntende rngrazare gl Ingg. Danlo Campagna e Alessandro Aronca, dello studo MSC Assocat S.r.l., e l Ing. Govann Franch, della socetà AMS S.r.l., per aver messo a dsposzone la documentazone relatva al progetto strutturale della torre. Un dovuto rngrazamento va a tutto lo staff della gallera del vento del CRIACIV tra cu, n partcolare, agl Ingg. Stefano Pastò e Lorenzo Procno per l assstenza nell nterpretazone de rsultat spermental. Un sentto graze va anche agl Ingg. Ivo Zoa, Mchele Mongell, Francesco Sabene, Alessandro Zch e Lug Cabras che, durante la preparazone delle loro tes d laurea o d Master, hanno contrbuto all approfondmento delle tematche trattate. 8 BIBLIOGRAFIA [] B. S. Taranath Steel, Concrete & Composte Desgn of Tall Buldngs McGraw-Hll, Second Edton, 997. [2] J. Esele, E. Kloft Hgh-Rse manual - Typology and Desgn, Constructon and Technology Edted by Johann Esele, Ellen Kloft, Brkhauser, [3] Consorzo CIS-E Impego de calcestruzz specal Rapporto d rcerca nterno, [4] M. Nehd, S. Mndness, P. C. Atcn Rheology of hgh-performance concrete: