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Auditorium di Roma – 1995

Progetto esecutivo delle opere strutturali

Le tre sale del nuovo Auditorium di Roma emergono dal parco pensile, che ricopre i volumi di tutti i servizi principali della città della musica , dalle sale prova alla energj house, dai camerini alla strada interna anulare.

Orientate lungo tre assi radiali, le tre sale rivolgono il loro fronte a sbalzo verso il centro (focus) dell’anfiteatro all’aperto (cavea), dichiarando così anche nella loro disposizione geometrica quella integrazione funzionale che di fatto si realizza mediante il grande foyer anulare. Alla suggestione prodotta dalla architettura imponente, ed al coinvolgimento del visitatore nella vita che traspare anche dalle ampie vetrate del fronte anulare del foyer, la concezione e la natura delle strutture portanti offrono un contributo seppur discreto, tuttavia non secondario.

Le note che seguono propongono una lettura tecnico-costruttiva dell’opera: quasi una radiografia che – attraverso l’analisi di alcuni “intimi” e non visibili aspetti dell’organismo – sembra far ritrovare nella segreta armonia tra forma e struttura la ragione di quelle suggestioni e di quel naturale coinvolgimento del visitatore.

Le opere di fondazione a. Le scelte progettuali Il definitivo progetto esecutivo (PES) del nuovo Auditorium di Roma costituisce una variante di quello originario, variante conseguente al ritrovamento dei ruderi di una antica villa romana. Con le modifiche apportate alla prima versione è stato possibile assicurare la salvaguardia dei reperti ed il loro armonico e funzionale inserimento all’interno della città della musica.

Tutte le opere sono state portate oltre la quota di 13.00 s.l.m., e quindi sufficientemente al di sopra del livello di rinvenimento della falda acquifera, la cui presenza non ha avuto pertanto apprezzabile influenza sulla progettazione della variante. La campagna di indagini geologiche, idrogeologiche e geotecniche – eseguita nel corso della elaborazione del primo progetto esecutivo del luglio 1995 (PES95), – è stata in seguito approfondita, adeguata alle nuove esigenze e completata.

Le relazioni Geotecnica ed Idrogeologica di cui ai riferimenti [9] e [10], rappresentano dunque, il compendio di tale lavoro. La prima relazione [9] contiene una dettagliata caratterizzazione geotecnica del sito; metodi di calcolo e valutazioni numeriche della portata e dei cedimenti delle fondazioni profonde; modellazioni per l’analisi della deformabilità delle aree interessate da fondazioni superficiali e prescrizioni esecutive.

Con riguardo alla idrologia, la campagna di osservazioni e prove ha portato ad individuare tre zone caratterizzate da diversi “livelli piezometrici”, che risultano compresi fra le quote 7.50 m e 12.45 m (s.l.m.), con un massimo a 12.98 m.

Seguendo le indicazioni del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, si sono realizzate economie di costo di costruzione anche attraverso una differenziazione delle caratteristiche prestazionali delle fondazioni in funzione della sensibilità, propria di ciascun edificio, ad eventuali cedimenti differenziali. Si sono pertanto adottate due tipologie strutturali: fondazioni profonde (per le tre sale musica e per il foyer) e fondazioni dirette superficiali, per tutti gli altri edifici. b. La geologia L’area in cui sorge l’Auditorium risulta costituita da una zona pianeggiante alla base di una piccola scarpata, ai piedi dei rilievi collinari dei Monti Parioli – Villa Glori, in prossimità del Tevere [9]. L’origine dei terreni è essenzialmente fluviale, con locale presenza di depositi fluvio-lacustri. Il terreno di base, diffuso in tutta l’area romana, è costituito dalle argille grigio-azzurre plioceniche (dette argille vaticane), caratterizzate da un elevato grado di sovraconsolidazione.

La ricostruzione del tetto di tale substrato mostra la presenza, in epoca pliocenica, di un terrazzo di altezza globale di oltre 40 m, successivamente riempitosi per deposizione di materiale di origine fluviale. Un antico solco di erosione attraversa quasi tutta l’area con direzione NNO-SSE: si tratta di un paleoalveolo, ricoperto da successive deposizioni di materiali limosi e sabbiosi. c. Le fondazioni profonde Sono costituite da blocchi impostati su pali trivellati in c.a. di diametro 1000 e 1200 mm, di lunghezza compresa tra i 30 e i 50 m, penetranti nel substrato compatto (argille plioceniche (formazione F), oppure, ove presenti in spessori idonei, nelle ghiaie addensate ad esse soprastanti (formazione G).

Tale tipologia è stata adottata per gli edifici le cui caratteristiche – peraltro non modificabili senza compromettere la generale concezione del progetto – sono manifestamente incompatibili con significativi cedimenti assoluti e differenziali. Le fondazioni su pali sono state, infatti, adottate per le sale (2800/1200/700) ed i relativi foyer. Le sale sono soggette ad azioni verticali di notevole intensità e concentrazione e da elementi strutturali in elevazione molto rigidi e fortemente impegnati come membri di un organismo globale, il cui funzionamento è garantito solo dalla attivazione della loro solidarietà. Della importanza decisiva di questo comportamento spaziale di tipo scatolare si propone una analisi (riferita, a titolo di esempio, alla sala media, da 1200 posti) nel successivo paragrafo 3. Oltre a queste intrinseche ragioni “organiche”, la scelta di riservare alle sale musica le fondazioni su pali è stata rafforzata da considerazioni di ordine geologico-geotecnico. Infatti esse sono situate su aree in cui il tetto del substrato rigido (formzione pliocenica) risulta molto inclinato sull’orizzontale, tanto che il piano di sedime di eventuali fondazioni superficiali sarebbe stato caratterizzato da una accentuata deformabilità differenziale agli spostamenti verticali. I foyer, funzionalmente connessi alle sale, sono dotati di fondazioni analoghe caratteristiche per evitare – in corrispondenza dei giunti – dislocazioni verticali, la cui evoluzione nel tempo è peraltro di incerta valutazione. Si fa osservare al riguardo che mentre i cedimenti attesi delle opere dotate di fondazione su pali sono dell’ordine di 4 -10 mm, quelli dei corpi di fabbrica con fondazioni dirette sono dell’ordine di 5 -15 cm. Tenuto conto, dunque, della esigenza di limitare l’entità dei cedimenti – si è reso necessario – vista la disuniformità stratigrafica riscontrata – attestare tutti i pali nel substrato rigido. La presenza di forti carichi concentrati e la notevole profondità del tetto del substrato rigido (fino a 48 m dal piano di sedime) hanno portato poi alla scelta di pali di medio e grosso diametro. d. Le fondazioni dirette superficiali Sono costituite da nastri e platee, anche nervate, di spessori compresi indicativamente fra 50 e 80 cm. Tale tipologia è stata adottata per i seguenti corpi di fabbrica: edificio anulare, edificio nord, parcheggio interrato ed altre unità minori. Data l’elevata deformabilità dei terreni interessati e la notevole disuniformità – anche fra zone contigue – degli spessori compressibili sottostanti il piano di sedime, l’impostazione progettuale globale di tali corpi è stata ispirata soprattutto all’intento di limitare – compatibilmente con le esigenze funzionali ed architettoniche – le sollecitazioni conseguenti a tali sfavorevoli caratteristiche fondali. Infatti gli edifici sono stati suddivisi “in moduli”. Le dimensioni planimetriche dei “moduli” strutturali sono state inoltre contenute entro valori tali da rendere la configurazione deformata (rispetto al suolo) di ogni singolo modulo significativamente prossima a quella caratteristica di un moto di corpo rigido. Ciò ha permesso di ricondurre intere aree funzionali (es. l’Edificio Anulare) ad un comportamento assimilabile a quello di una catena di elementi pressoché rigidi (ai soli fini dell’integrazione terreno-struttura), con cedimenti assoluti medi variabili da zona a zona. La sensibile deformabilità del piano fondale e le conseguenti caratteristiche proprie delle strutture hanno imposto anche l’adozione di particolari accorgimenti relativamente alle opere edili di completamento ed agli impianti, al fine di assicurare l’integrità formale e la funzionalità in corrispondenza dei giunti, ove risultano particolarmente elevati i rischi di cedimenti differenziali con dislocazioni verticali e rotazioni relative fra corpi 81 contigui. Il progetto delle fondazioni dei diversi corpi di fabbrica è stato in conclusione elaborato anche sulla scorta di analisi globali del complesso terreno-fondazione-struttura in elevazione. La simulazione numerica del comportamento dell’opera su modello globale, basata sui parametri geotecnici forniti dallo Studio Geotecnico Italiano S.r.l. a conclusione degli studi eseguiti proprio a tal fine, porta comunque a previsioni di spostamenti verticali rilevanti. Sebbene varie considerazioni – per le quali si rimanda alla lettura della Relazione Geotecnica – concorrano a far ritenere queste valutazioni alquanto pessimistiche, devono comunque attendersi valori dei cedimenti in assoluto non trascurabili, e del resto inevitabili. 3. Forma & struttura in c.a. delle sale musica La fig. 5 mostra una foto del fronte a sbalzo verso la cavea della sala media (1200 posti), ad opera finita. La fig. 6 rappresenta lo STM (strut and Tie Model) tracciato sulla facciata esterna – che compare nella foto di fig. 5 – del fronte strutturale a sbalzo verso la cavea della sala 1200, prima del completamento con le opere murarie. Secondo la impostazione classica del modello del traliccio ([1], [2]), le aste sono soggette al solo sforzo normale. Infatti i nodi che le solidarizzano sono sconnessi alla rotazione, ed i carichi si ammette siano applicati solo ai suddetti nodi. Il simbolismo grafico adoperato consente di distinguere immediatamente le aste tese (a tratto intero) da quelle compresse (tratteggiante), e, quindi, di distinguere le linee principali di sviluppo delle barre di acciaio – che costituiscono l’armatura di pareti e solette in c.a. – dalle regioni in cui la funzione portante è invece affidata al calcestruzzo compresso. Si riconosce immediatamente, attraverso un semplice confronto con la fig. 7 (che rappresenta il correlativo modello agli elementi finiti), che lo STM non è solo uno strumento di analisi, ma è anche un mezzo di rappresentazione grafica del comportamento strutturale di immediata percezione. Il modello con elementi finiti (FEM) resta in effetti una pura rappresentazione geometrica, che di per sé non può fornire alcuna informazione sulla statica dell’opera. L’efficacia e la suggestione della immediatezza con cui lo STM propone la sua stessa geometria, perché vi si legga anche la natura e persino l’intensità dell’impiego al quale la struttura è soggetta, risultano tuttavia notevolmente rafforzati se al disegno del modello del traliccio si perviene passo passo attraverso la sistematica applicazione del metodo del percorso del carico (LPM), come viene proposto dalle successive fig.8, 9 10, 11. Criterio generale per la lettura di una struttura attraverso la sua forma, adoperando il LPM, è quello di distinguere preliminarmente gli itinerari dei carichi verticali propriamente detti, da quelli delle spinte impresse dai medesimi alla restante parte dell’opera, in corrispondenza dei nodi nei quali il vettore che porta il carico deve deviare il suo percorso. Nei tre tipi di forze (vettore, carico e spinta), il cui significato fisico è peraltro di immediata percezione, e nelle fondamentali due leggi, dell’equilibrio e della congruenza, si esaurisce il semplice impianto del metodo, pur tanto versatile nelle pratiche applicazioni ([6], [11], [12]). Come si è detto, la distinzione fra LP di V (itinerari dei carichi verticali) ed LP di H (itinerari delle spinte) è un momento essenziale per attribuire alle aste dello STM un correlativo semplice significato fisico, riconoscendovi un tratto di uno dei due suddetti percorsi. Ma è anche uno strumento interessante di valutazione, sulla base di semplici considerazioni geometriche, della influenza che sulle scelte formali globali ha avuto – da un lato – la necessità liberare volumi dalle masse strutturali funzionali al trasporto dei carichi verticali; e – dall’altro lato – la necessità di inserire volumi funzionali alla canalizzazione delle spinte orizzontali esercitate dai carichi costretti a deviare. Il tema proposto per il caso illustrato della sala 1200 è quello conseguente alla necessità di realizzare il grande corpo a sbalzo verso la cavea, che è illustrato dalle figg.5 e 6. Secondo la chiave di lettura del LPM è come dire che l’intento funzionale del progettista è quello di liberare il volume sottostante la galleria da ingombri strutturali che sarebbero indispensabili se i carichi verticali corrispondenti ai pesi della suddetta galleria dovessero percorrere i loro naturali itinerari verticali, sino alle fondazioni. La fig. 9, riportando i soli itinerari dei carichi V (ed appena accennate le spinte impresse nei nodi di deviazione), mostra con chiarezza le regioni strutturali (e la loro forma) funzionali a questa specifica esigenza. Si notino i percorsi di discesa, tutti compressi, e quelli di risalita, che al contrario risultano tutti tesi: i carichi della grande parete frontale in c.a., che dall’alto scendono (nodi 2-3) e dal basso risalgono (nodi 1-3) verso il flusso principale ad arco (3-4). E poi, ancora, la risalita (tirante 4-5) di tutti i carichi, per poi ridiscendere con il percorso obliquo del puntone fondamentale (nodi 5-6) verso l’itinerario finale, verticale, che li porta finalmente in fondazione (nodi 6-7). L’elevatezza della quota massima raggiunta dai carichi (nodo 5), di decisiva rilevanza architettonica e formale, risulta anche immediatamente correlata alla esigenza dei carichi di sfruttare al massimo la geometria disponibile perché siano utilizzati percorsi finali di discesa verso le fondazioni che richiedono il minore investimento in energia di deformazione (attraverso itinerari 5-6 il meno possibili ribassati). Le fig. 10 e 11, infine, sono esclusivamente dedicate al tracciato degli itinerari delle spinte orizzontali H, prodotte sia dalle deviazioni dei carichi verticali (spinte primarie: fig. 10), sia dalle deviazioni delle stesse spinte primarie (spinte secondarie: fig. 11). Si riconosce immediatamente che la forma e le caratteristiche scatolari dell’opera risultano fondamentali proprio ai fini dello sviluppo di queste traiettorie orizzontali delle spinte, che assumono, lungo l’intero perimetro, ed ai lembi superiori della sala, spiccate caratteristiche di percorsi di trazione. Così come appare evidente la stretta correlazione fra il comportamento strutturale descritto e la corrispondente programmazione delle fasi esecutive di getto e di maturazione graduale dell’opera. Per analoghe esigenze, con riguardo alla sala 2800, si è adottata la prescrizione che i ponteggi provvisori di sostegno siano tenuti attivi sino al completamento di tutti i getti delle strutture portanti in c.a.. Da quanto esposto si può convenire che la prescrizione nasce dal fatto che tutte le le pareti in c.a. concorrono al comportamento globale dell’organismo strutturale, e che questo risulta – ad opera compiuta – caratterizzato, nel suo insieme, da una rigidezza di gran lunga maggiore di quella propria delle strutture parziali delle varie fasi esecutive. Pertanto la condizione tecnico-contrattuale esprime l’intento del Progettista (e del Committente) di porre limiti ristretti all’introduzione prematura di stati di sollecitazione non funzionali all’esercizio dell’opera, ma ad esigenze del Costruttore . Questa prescrizione di progetto, per quanto impegnativa e condizionante per le attività esecutive, è stata pertanto integralmente assunta a base della programmazione del cantiere della sala 2800. 4- Le coperture in legno lamellare delle tre sale Le strutture portanti di copertura delle tre sale sono costituite da orditure di travi in legno lamellare, associato ad elementi di acciaio. La loro progettazione e realizzazione ha richiesto la soluzione di problematiche tecniche di inusuale difficoltà, in conseguenza: della complessa forma toroidale delle superfici di estradosso, che ha richiesto l’adozione di elementi portanti a geometria fortemente variabile; delle complesse interazioni spaziali tra i diversi elementi portanti, conseguenti a dette caratteristiche geometriche, analizzate anche attraverso analisi spaziali del 2° ordine per la verifica delle condizioni di stabilità elastica; delle eccezionali dimensioni delle luci delle sale (in particolare della sala 2800); della straordinaria entità dei carichi permanenti, conseguenti alla adozione di rivestimenti “massivi” per l’isolamento acustico; delle severe condizioni di sollecitazione termica differenziale, correlate alle condizioni di incendio; dell’associazione di membrature in legno lamellare (dotato di modulo elastico variabile nel tempo e di bassa sensibilità termica) con elementi integrativi strutturali in acciaio e solette di copertura in c.a. (a modulo elastico costante e ad elevato coefficiente di dilatazione). L’orditura di travi sostiene uno speciale e sofisticato sistema di rivestimento, che svolge anche una essenziale funzione di isolamento acustico. Detto rivestimento è costituito da una prima soletta portante in c.a. su lamiera grecata (spessore medio: ca. 7 cm) e da una sovrastante seconda soletta (spessore. ca. 7 cm) “galleggiante” su uno strato di lana minerale ad alta densità. I campi della soletta superiore sono ancorati alla soletta portante inferiore mediante connettori dotati, per evitare la trasmissione di vibrazioni, di giunti isolanti in poliuterano. Al di sopra della seconda soletta è fissato, con elementi in acciaio regolabili in altezza, il rivestimento esterno, costituito da un tavolato “galleggiante” ricoperto dalla finitura in fogli di piombo. Le solette in c.a. non sono presenti nelle parti perimetrali delle coperture, esterne alle sale, rivestite dal solo tavolato di completamento con la relativa finitura in piombo (Fig. 12) L’eccezionale entità dei carichi di copertura (complessivamente dell’ordine di quasi 1000 daN/mq!); la necessità di superare “luci” libere rilevanti (sino a 54 m, nella “Sala 2800″); l’esigenza di assecondare la complessa geometria formale degli edifici, contenendo peraltro l’altezza di ingombro nei ristretti limiti urbanistici e architettonici disponibili; hanno influito in misura determinante sia sulla configurazione degli elementi portanti e sul loro dimensionamento, che sul loro “passo”. Proprio in conseguenza della estrema variabilità geometrica di progetto, le 18 travi principali di copertura della “Sala 2800″ risultano tutte di dimensioni diverse tra loro! (Fig. 13, 14, 15) Le travi principali (ad orditura trasversale) sono state, per tutte e tre le sale, concepite con la configurazione ad arco parzialmente reticolare, con corrente superiore in legno lamellare e con aste di parete e catena in acciaio. Gli arcarecci (ad orditura longitudinale) sono costituiti invece da a semplici travi in legno lamellare, di base 22 cm, disposte su file parallele. L’arco reticolare è a tre cerniere, con appoggi scorrevoli a rullo in acciaio, resi fissi ad una estremità con collegamento meccanico alla struttura perimetrale in c.a.. Si è evitato di utilizzare, per tali apparecchi, materiali sensibili al fuoco (tipo teflon o neoprene), eliminando anche la necessità di una loro periodica sostituzione. L’arco vero e proprio è costituito da due elementi in legno lamellare (aventi ciascuno base di 22 cm, corrispondente ad un limite di produzione corrente) accoppiati “a spalla” a formare un’unica membratura, di altezza variabile in funzione delle esigenze geometriche e delle rilevanti sollecitazioni di calcolo. I due elementi sono solidarizzati con spinotti e/o bullonature “passanti”. L’accoppiamento – con diretto contatto delle facce – consente di sottrarre buona parte della superficie degli elementi stessi all’azione del fuoco. (Fig. 17) Le aste di parete sono costituite da profili tubolari in acciaio, collegati a cerniera alle estremità. Le catene sono invece formate da coppie di barre piene di grande diametro (da mm 76 a mm 100), in acciaio speciale da bonifica 41Cr4, filettate per “rullatura” e connesse ai nodi con manicotti o dadi filettati di produzione non di serie. (Figg.18, 19) Per la formazione degli elementi strutturali in legno lamellare sono state impiegate tavole di conifera (abete rosso) di 1° e 2° classe, incollate con resine ureiche o resorciniche. Per le parti metalliche sono stati adottati laminati a caldo di acciaio Fe 510-C, acciai per getti ed acciai speciali da bonifica (UNI EN 10083). I diversi materiali utilizzati – associati in un’unica funzione statica con soluzioni tecniche concepite in funzione delle speciali esigenze dell’opera – offrono elevati requisiti di resistenza e di duttilità, unitamente ad una relativa leggerezza; caratteristiche particolarmente importanti per la formazione di strutture destinate al superamento di grandi luci, in presenza di forti sovraccarichi. La scelta “tipologica” delle travi e le modalità di connessione dei componenti si prestano inoltre alle esigenze di assemblaggio “meccanico” in opera di grandi elementi prefabbricati in stabilimento. Va peraltro sottolineato che l’impiego del legno strutturale risponde all’idea progettuale originaria dell’architetto Piano, che ha concepito le sale come giganteschi strumenti musicali. La tipologia adottata conferisce solo un debole grado di iperstaticità interna alle travi principali, che manifestano – come dimostrato dall’analisi condotta su numerosi modelli di calcolo (anche spaziali) nelle diverse condizioni di sollecitazione, comprese quelle “estreme” di incendio – un comportamento sostanzialmente molto vicino a quello di archi reticolari isostatici a tre cerniere. Le strutture sovrastanti gli spazi perimetrali interni delle sale sono composte da orditure di travi in legno lamellare – anch’esse a profilo curvo, per adeguarsi alla geometria della superficie di copertura – semplici (di base 22 cm) o doppie (di base 2x 22 cm) in relazione alla misura delle luci da coprire. Nelle zone perimetrali esterne – aggettanti a sbalzo, a protezione delle scale metalliche sospese e delle uscite di emergenza – sono state utilizzate travi primarie a orditura radiale, disimpegnate, per motivi acustici, dalle corrispondenti travi ricadenti all’interno delle sale vere e proprie. In queste zone le travi sono configurate “a ricciolo” e su di esse è direttamente sovrapposto il tavolato di rivestimento ed i relativi elementi di supporto. Dette travi sono vincolate, oltre che alle pareti in c.a. delle sale, a coppie di puntoni tubolari in acciaio (a “V” o ad “Y”), sempre con connessioni a cerniera. La configurazione geometrica di tali elementi strutturali è straordinariamente complessa ed assume una suggestiva valenza architettonica, caratterizzando fortemente l’aspetto esterno delle sale. (Figg. 20, 21, 22, 23) Per tutte le travi – di tutti gli ordini – è stato previsto un sistema reticolare di controventi di falda in grado di conferire alle strutture di copertura, sia nelle fasi di montaggio che di normale esercizio, una complessiva autonoma resistenza “orizzontale”, necessaria per la stabilizzazione degli elementi compressi. Le travi principali ad arco sono dotate di un ulteriore sistema di controventamento, realizzato mediante connessioni meccaniche con la sovrastante soletta portante in c.a.: detto sistema conferisce stabilità alla struttura anche in condizioni di incendio, nell’ipotesi che le sollecitazioni termiche da questo indotte compromettano l’efficacia dell’altro irrigidimento di falda. Entrambi i sistemi di controventamento sono organizzati in gruppi “autostabili” indipendenti, comprendenti generalmente tre travi adiacenti. Sulle travi di ciascun gruppo autostabile è stata prevista l’applicazione, in fase di montaggio, di una coazione (“precarica”) da disattivare gradualmente con l’applicazione dei rilevanti carichi permanenti. La precarica ha consentito il contenimento delle deformazioni complessive in fase di costruzione. Tutte le strutture per le quali era richiesta una specifica ed intrinseca resistenza al fuoco, sono state dimensionate e configurate in conformità alle norme vigenti ed, in particolare, alla Cir. n°91 del14.09.1961 ed alle norme UNI n°9503 (acciaio) – 9504 (legno). Per le catene, le aste di parete e gli appoggi a rullo sono stati comunque utilizzati speciali rivestimenti, esenti da amianto, in grado, oltre che di assicurare la prescritta classe di resistenza al fuoco, anche di contenere l’incremento di temperatura degli elementi protetti nelle condizioni dell’incendio di progetto, corrispondente alla classe R60 e secondo la Circolare M.I. n.91 del 14/ 09/ 61. Le variazioni termiche, comunque sensibili, di detti elementi di acciaio – differenziali rispetto alle parti in legno, considerate “inerti” – sono state prese in considerazione nei modelli spaziali (anche del 2° ordine) adottati per il calcolo delle sollecitazioni indotte dall’incendio nei gruppi autostabili di travi.