Supporti delle Tubazioni del Sistema Drenante
MEFA ha curato il dimensionamento dei supporti delle tubazioni del sistema drenante di emergenza all’aeroporto di Monaco di Baviera
Ristrutturare un tetto piano con un’estensione maggiore di due ettari non è affatto un progetto di manutenzione ordinaria. Il rifacimento della copertura dell’Hangar 3 all’Aeroporto di Monaco si è reso necessario dopo 30 anni ed è consistito sia nella sostituzione del tetto, sia nell’installazione di un nuovo sistema drenante di emergenza, opportunamente equipaggiato con i corretti supporti delle tubazioni.
Le aziende fornitrici dell’impianto e dei sistemi di sostegno, rispettivamente Saint-Gobain e MEFA, hanno supportato i progettisti e l’installatore fornendo tutta la consulenza tecnica necessaria.
Vediamo come.
I percorsi delle tubazioni del drenaggio di emergenza dovevano essere inseriti in modo tale che fosse ancora possibile il funzionamento delle piste delle gru e tutta l‘altezza non fosse limitata.
Sistema drenante regolare e di emergenza
Le abbondanti precipitazioni richiedono attenzioni sempre maggiori per gli effetti dirompenti che possono avere su edifici, impianti e intere città. Le piogge consistenti possono rappresentare un problema soprattutto in presenza di tetti piani: questi sono generalmente provvisti di parapetti perimetrali, in modo che l’impermeabilizzazione del tetto possa essere rifinita su di essi. Quando piove molto, tuttavia, il drenaggio delle acque meteoriche attraverso il sistema di scarico pluviale presente può diventare insufficiente, portando così il livello dell’acqua ad alzarsi rapidamente proprio sulla copertura, facendola diventare come una vasca d’acqua. In casi estremi, l’acqua presente in copertura può diventare un sovraccarico sulla copertura stessa, non previsto in fase progettuale.
Per questo motivo, la Norma DIN 1986-100 (Sistemi di drenaggio per edifici e proprietà) richiede oltre alla presenza di un sistema di drenaggio regolare, con scarico nella rete fognaria, anche un sistema di drenaggio di emergenza ulteriore. Per la progettazione di un impianto di drenaggio di emergenza si utilizza come parametro la cosiddetta “pioggia del secolo”, ossia una precipitazione piovosa avente un tempo di ritorno TR di 100 anni, per la quale sono stati identificati e tabellati precisi valori da utilizzare nei calcoli.
“Questi eventi, così come la quantità di pioggia, variano notevolmente da zona a zona”, riferisce l’architetto Arne Zucker dello studio di ingegneria GFM Civil and Environmental Engineers di Monaco, che ha seguito i lavori di ristrutturazione della copertura dell’Hangar 3. Con “pioggia del secolo” si intende una pioggia di eccezionale intensità avente durata di 5 minuti e che si verifica solo una volta in 100 anni.
Le forze prodotte quando un flusso d’acqua viene deviato, in questo caso di 90° con una variazione altimetrica, devono essere calcolate e assorbite dalle strutture di supporto.
Il sistema drenante di emergenza
“Quando l’Hangar 3 dell’aeroporto di Monaco è stato costruito, 30 anni fa, il drenaggio di emergenza non era ancora la norma”, continua Zucker, “ma da allora il numero di forti piogge è aumentato. Anche se finora non sono successi eventi catastrofici, la ristrutturazione della copertura prevede di includere anche un sistema di drenaggio di emergenza”.
Per dare un’idea del progetto, Zucker fornisce le dimensioni dell’aeroporto di Monaco e i parametri di precipitazioni da considerare: un evento di pioggia avente tempo di ritorno di 5 anni e durata di 5 minuti prevede di considerare un volume di acqua di 250 litri al secondo per ettaro: tale valore è la base progettuale per il sistema di drenaggio standard. Al contrario, i 5 minuti di “pioggia del secolo” prevedono un quantitativo di acqua di 775 litri al secondo per ettaro. Il drenaggio di emergenza deve essere in grado di drenare da solo tale volume di acqua (tenendo in considerazione anche il fatto che il drenaggio standard tramite le tubazioni di scarico fognarie potrebbe essere intasato e non in grado di far defluire liberamente l’acqua).
Presso l‘Hangar 3 è stato mantenuto il sistema drenaggio standard, già esistente, che convoglia l’acqua delle piogge normali nel sistema fognario. Ad esso è stato affiancato un drenaggio di emergenza, nell’eventualità di precipitazioni più abbondanti, del tipo “a pressione”: qui le tubazioni risultano essere completamente riempite d’acqua e il dislivello altimetrico garantisce alte velocità di deflusso delle acque (notevolmente superiori alle velocità di drenaggio a pelo libero, dove i tubi sono solo parzialmente riempiti d’acqua). La pressione negativa che si viene a creare all’interno delle tubazioni piene d’acqua fa sì che l’acqua presente sulla copertura dell’edificio venga aspirata nella tubazione stessa.
I vantaggi del drenaggio a pressione sono le dimensioni ridotte delle tubazioni, l’autopulizia delle stesse grazie alle elevate velocità che acquista il fluido presente nonché l’installazione di tubazioni senza pendenza (con la conseguenza di avere strutture di supporto praticamente orizzontali). Le tubazioni dell’impianto di drenaggio d’emergenza sono inoltre realizzate in ghisa che, rispetto alla plastica, ha una resistenza maggiore e un’espansione termica notevolmente inferiore. La normativa inerente la protezione antincendio richiede l’impiego di materiali da costruzione non-combustibili.
La hall dell’aeroporto, ubicata a sud-ovest, è lunga 305 metri con direzione da est a ovest ed è divisa in due parti, in prossimità della sua mezzeria, da un muro di protezione antincendio (tale divisione consente il rifacimento della copertura in step successivi). La sua larghezza è di circa 84 metri mentre la sua altezza è pari a 32 metri. Gli edifici multipiano confinano a nord e a sud; in prossimità della pista c’è un portico leggermente più basso con una profondità di 5,5 m, in cui si trovano i cancelli di imbarco.
Tubazioni per il sistema drenante
Secondo la normativa, la pendenza della copertura deve essere del 2% (inclinazione necessaria affinché le acque meteoriche possano defluire velocemente dalla copertura stessa migliorando così la durabilità nel tempo del materiale impermeabile presente su di essa). La superficie del tetto è progettata in modo tale che l’acqua si raccolga in due depressioni lineari che corrono in direzione est-ovest dove sono presenti, disposti allineati, anche gli scarichi del drenaggio standard.
Gli scarichi per lo scolo di emergenza, in numero di 44 per ciascuna delle due porzioni della hall, sono disposti in posizione leggermente sopraelevata; questi scarichi hanno un anello di accumulo in modo che lo scarico di emergenza si attivi solo quando il livello dell’acqua in copertura è di circa 10 cm. “Raggiunge le sue massime prestazioni quando viene riempito per ulteriori 5 cm”, spiega Arne Zucker. In ciascuna delle due metà della hall sono stati previsti cinque percorsi di tubazioni per il drenaggio di emergenza, di cui uno per il portico meridionale. Avendo le informazioni sul percorso, il produttore delle tubazioni in ghisa, Saint-Gobain, è stato in grado di calcolare l’idraulica e i diametri richiesti (in questo caso fino a 300 mm).
Il passo successivo è stata la progettazione e la costruzione dei supporti delle tubazioni, per i quali gli ingegneri civili e ambientali dello studio GFM si sono rivolti all’Ufficio Tecnico di MEFA Befestigungs- und Montagesysteme GmbH di Kupferzell. Ora due tubazioni di drenaggio di emergenza, una per ciascuna delle due parti di hall, convoglieranno le acque meteoriche all’esterno. Poiché una metà della hall ha una superficie di circa un ettaro, nel caso di evento piovoso di 100 anni usciranno in totale circa 500l/s, distribuiti sui due scarichi. In corrispondenza dei punti di scarico sono stati posizionati i cartelli di avvertimento poiché l’uscita di quest’acqua genera una forza piuttosto significativa. Poiché anche 50 l/s per ettaro rientra nella definizione di “forti piogge”, come fa notare Arne Zucker, è improbabile che qualcuno si trovi volontariamente nell’area pericolosa durante eventi meteorici più gravosi.
Dimensionamento dei dei supporti delle tubazioni
Il posizionamento delle tubazioni all’interno della struttura portante esistente è stata una sfida, poiché la struttura esistente non era sempre utilizzabile allo scopo e, in molti casi, è stato necessario realizzare anche supporti integrativi.
Un totale di circa 1,3 km di tubazioni in ghisa è stato fissato alla struttura della copertura ad un’altezza massima da terra pari a 32 metri.
Ciascuna verga di tubazione in ghisa ha una lunghezza standard di 3m e viene solitamente fissata in due punti ad eccezione delle tubazioni con un diametro di 300mm che sono state sostenute in tre punti a causa del loro peso elevato.
Il compito dell’Ufficio Tecnico di MEFA è stato la progettazione dettagliata e il dimensionamento dei supporti delle tubazioni del sistema drenante nonché il calcolo dei punti fissi (perché quando grosse masse d’acqua vengono deviate dal loro andamento rettilineo, si creano forze elevate che devono comunque essere considerate nella progettazione dei supporti delle tubazioni).
Alcuni numeri dimostrano la dimensione del progetto: sono stati necessari in totale 60 punti fissi, sono stati utilizzati binari di montaggio per una lunghezza complessiva di 1.750 metri, più di 3.550 metri di barre filettate e 1.100 collari per tubazioni. Un altro aspetto preso in considerazione è stato la compensazione delle dilatazioni termiche. Con i cambiamenti stagionali non ci sono particolari problemi perché la struttura in acciaio della copertura e le tubazioni in ghisa si espandono in misura pressoché simile.
Diversa è la situazione in caso di forti piogge estive: la temperatura sotto la copertura può raggiungere facilmente i +50°C e, nel caso di temporale violento con acqua a temperatura di 20°C o meno, considerando le dimensioni della hall, sono prevedibili notevoli variazioni nella lunghezza delle tubazioni. Tali variazioni devono essere opportunamente compensate tramite l’impiego di appositi elementi scorrevoli applicati sulle tubazioni.
La struttura portante esistente spesso non era utilizzabile per il sostegno delle tubazioni; è stato necessario installare ulteriori supporti. Sullo sfondo a destra il vecchio sistema di drenaggio, che corre lungo i punti bassi del tetto piano.
Preassemblaggio degli elementi di fissaggio
L’assemblaggio in loco è stato effettuato dalla società di installazione Manfred Himmelreich & Co. GmbH di Monaco di Baviera. L’amministratore delegato Sebastian Beer dice: “Ho affidato al mio capo montatore Frank Behnisch questo progetto impegnativo e insolito, un uomo di grande esperienza che pensa in modo razionale e pragmatico, aspetto cruciale quando si tratta di progetti così impegnativi e importanti”.
Il processo è stato tale che i progetti costruttivi e la prova di resistenza per i supporti delle tubazioni sono stati creati in collaborazione tra l’ufficio di progettazione di GFM e l’ufficio tecnico di MEFA. Successivamente Behnisch ha costruito alcuni campioni per ogni tipologia di supporto in un’area del capannone temporaneamente adibita ad officina.
Dopo l’assemblaggio e il collaudo dei campioni, è iniziata la loro produzione in serie. “Quindi abbiamo dovuto solo sollevare i supporti prefabbricati a un’altezza di 30 metri e fissarli, il che ha semplificato notevolmente il lavoro. In considerazione delle altezze vertiginose, il vantaggio della prefabbricazione è decisamente evidente, così come il pre-montaggio in officina di assemblaggi ripetitivi. Pensiamo sempre in anticipo a come implementarlo nel modo più sensato”, afferma il capo montatore Frank Behnisch. Perché il preassemblaggio tutela il fattore lavoro, che oggi sta diventando sempre più prezioso. Il montaggio dei supporti, spesso in condizioni molto anguste in pozzi, gallerie di alimentazione o, come qui, ad un’altezza di 30 metri, rappresenta ovviamente uno sforzo aggiuntivo per gli installatori. Inoltre, il preassemblaggio in officina consente di risparmiare tempo prezioso in cantiere e garantisce la sicurezza della pianificazione.
MEFA fornisce anche un servizio di preassemblaggio dei supporti delle tubazioni. Tuttavia, l’installatore non si è avvalso di questo servizio, poiché le condizioni per montare all’interno dell’hangar erano particolarmente favorevoli. L‘installatore ha ricevuto da MEFA i binari di montaggio già tagliati su misura per la prefabbricazione dei supporti. “Per tutti noi, la realizzazione del sistema di drenaggio di emergenza è stato un progetto particolarmente appassionante a causa delle sfide che si sono presentate fin dall‘inizio”, commenta Frank Behnisch.
“Nonostante l’elevato numero di aziende coinvolte, il progetto di ristrutturazione è andato relativamente liscio ed è stato soddisfacente”, conclude Arne Zucker. Le aziende fornitrici Saint-Gobain e MEFA hanno consegnato regolarmente ed entro i tempi stabiliti i dimensionamenti e hanno risposto in modo tempestivo ed esaustivo a tutte le richieste provenienti dalle altre parti coinvolte nel progetto.
Supporti preassemblati a magazzino. Poiché le travi in carpenteria metallica non possono essere forate per motivi strutturali, gli elementi di fissaggio consentono un collegamento mediante bloccaggio. Le staffe distanziatrici impediscono lo spostamento laterale.
