Il monitoraggio strutturale permanente: il caso di Palazzo Lombardia a Milano

Introduzione
Negli ultimi anni Milano ha visto cambiare il proprio aspetto grazie alla riqualificazione di importanti zone vicine al centro (Porta Nuova, Garibaldi etc…) ed alla contemporanea realizzazione di diversi grattacieli (high rise buildings), fenomeno comune anche ad altre città italiane ma che attualmente vede la metropoli meneghina come la maggior protagonista di questo radicale cambiamento d’aspetto.

Fra i nuovi edifici dall’altezza rilevante milanesi vi è Palazzo Lombardia, luogo deposto ad ospitare il governo regionale e il primo edificio nell’area di porta Nuova ad essere ultimato. Data la grande importanza strategica di tale edificio, dapprima, proprio a valle della costruzione del grattacielo, è stato richiesto un collaudo dinamico al fine di comprendere il comportamento della struttura stessa e validare il modello numerico usato in fase di progetto[3][7][11]. Il collaudo ha riguardato la torre principale (CORE 1), ed anche la copertura metallica della piazza e l’elisuperficie del complesso. Tra le prescrizioni derivanti dal collaudo è stato richiesto lo sviluppo e l’installazione di un sistema di monitoraggio strutturale permanente che garantisse la verifica continuativa del comfort degli occupanti nei confronti dell’azione del vento e l’eventuale verifica del comportamento dell’edificio in occasione di eventi naturali estremi quali sismi [2][8][12][18].

In particolare le richieste poste dalla pubblica amministrazione hanno portato allo sviluppo ed all’installazione di un sistema di monitoraggio avente i seguenti scopi principali:
• monitorare il livello di vibrazioni della struttura al fine di verificare il comfort degli occupanti e la funzionalità dell’edificio soggetto all’azione del vento[14];
• monitorare l’evoluzione dei parametri di comportamento dinamico (parametri modali) identificati durante la fase di collaudo dinamico;
• monitorare il comportamento statico del Core 1, ovvero della torre più alta dell’intero complesso;
• avere la possibilità di catturare eventi straordinari, come appunto i sismi, per avere una storia completa dei carichi che abbiano sollecitato la struttura negli anni.

In generale, dunque, i dati provenienti da tale sistema potranno essere utilizzati al fine di svolgere un monitoraggio strutturale continuativo del Core 1.
Parallelamente al sistema di monitoraggio si è sviluppata una linea guida per l’analisi dei movimenti della copertura di Piazza Lombardia basata su tradizionali misure topografiche e che sarà integrata da sensori per il monitoraggio dello stato di tiro delle catene che compongono tale copertura.

Palazzo Lombardia
Palazzo Lombardia è stato completato nel 2011 e rappresenta uno dei più significativi interventi che hanno recentemente riplasmato il volto di Milano. Il complesso, il cui progetto architettonico è di Pei Cobb Freed & Partners Architects con Caputo Partnership e Sistema Duemila, comprende cinque edifici di minore altezza, dell’ordine di 40 m denominati Core 2-6, che circondano la Torre, denominata Core 1, avente altezza 161.30 m: essa ha detenuto per qualche anno il record di più alto della città e d’Italia.

La configurazione degli edifici, a planimetria curvilinea, è ispirata alla morfologia delle valli e dei fiumi lombardi. Tale configurazione, di forte valenza estetica, definisce uno spazio interno costituente la piazza pubblica, avente una superficie di circa 4200 m², coperta da una leggera struttura reticolare metallica che sostiene cuscini trasparenti in ETFE a tripla membrana contenente aria in pressione. Una vista di insieme del complesso è riportata in Fig. 1.

Figura 1: Vista d’insieme di Palazzo Lombardia

L’impianto strutturale degli edifici è in calcestruzzo armato ad eccezione dell’area dell’Auditorium, posto nell’area del Core 4 e del Velario, interessante gli ultimi tre piani del Core 1, adibito a pubblici eventi, per i quali si sono impiegate strutture metalliche.

Il Core 1, come precedentemente sottolineato, è l’elemento dominante dell’intero complesso sotto l‘aspetto architettonico, caratterizzata da un profilo di forte snellezza che si eleva al disopra della piazza coperta e degli edifici di minore altezza. Gli elementi portanti della Torre, tutti a struttura in calcestruzzo armato, consistono in un nucleo scale-ascensori-servizi, avente funzione taglio resistente e in ventidue colonne circolari, con diametro variabile fra 120 cm e 70 cm, poste su maglie di circa (6.5x8.60) m².

Le strutture orizzontali di impalcato consistono in solai in calcestruzzo, con comportamento meccanico bidimensionale, aventi altezza 35 cm e alleggeriti con sfere di polietilene aventi diametro 27cm.. Infine, dalla quota 142.20 m, fino alla sommità solo uno dei due corpi di fabbrica della Torre si eleva, con struttura in carpenteria metallica, che forma il cosiddetto Velario, ospitante le zone adibite a mostre ed eventi. Le planimetrie dei vari impalcati sono rappresentate nella Fig.2.

Figura 2: Planimetrie tipo di due impalcati alleggeriti: da 2000 m² e da 1000 m²

La struttura portante della copertura di Piazza Città di Lombardia è realizzata da un sistema spaziale reticolare a doppia curvatura, con elementi tubolari aventi diametro esterno 355 mm e spessori variabili fra 12 mm e 20 mm. Gli elementi sono connessi in nodi centrali a sei vie e in nodi perimetrali a quattro vie in composizione saldata, realizzati in officina, connessi alle aste di collegamento, montate in opera, mediante flange bullonate.

La struttura, visibile in Figura 3, è sostenuta da colonne tubolari metalliche, coassiali alle sottostanti colonne in calcestruzzo armato dei Core 1¸4, vincolate ai propri estremi con snodi di tipo cardanico. La stabilità di insieme, sotto le azioni orizzontali, è assicurata da due elementi reticolari trasversali disposti alle estremità del sistema e da otto crociere disposte a due a due simmetricamente lungo i lati di maggiore lunghezza. La stabilità di forma del sistema è affidata a cavi orizzontali presollecitati, collegati agli elementi tubolari mediante elementi verticali.

Gli elementi di chiusura consistono in cuscini a tripla membrana di ETFE (etilene co-tetrafluoroetilene) gonfiati da aria compressa distribuita mediante circuito controllato.

Figura 3: La struttura di copertura di Piazza Città di Lombardia

Come già accennato in precedenza la copertura è attualmente monitorata mediante due serie di misure topografiche di tipo tradizionale (“stazione totale”) svolte nei periodi più caldo e più freddo dell’anno. La torre di Core 1 è invece sotto controllo continuativo mediante un innovativo sistema di monitoraggio permanente descritto nel paragrafo successivo.

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ALL'INTERNO:

• le specifiche del sistema di monitoraggio del Core 1
• il sistema di acquisizione
• i primi dati acquisiti
• conclusioni