I numeri forniti dal Council on Tall Buildings and Urban Habitat (Ctbuh) parlano chiaro: 73 edifici di altezza oltre i 200 nel 2013; tra i 65 e i 90 previsti nel 2014. Il settore degli edifici di grande altezza è in costante crescita. Sul piano dell’ingegneria delle costruzioni è una continua e appassionante sfida, che nelle ambizioni di progressivo superamento del record di altezza trova uno degli stimoli principali (il visionario progetto di Frank Lloyd Wright del one mile high bulding appare oggi come un traguardo forse non più irraggiungibile). Insieme alla ricerca, anche esasperata, di coniugazioni forma-struttura audaci e innovative in alcuni di questi edifici, i risultati ottenuti rappresentano una storia di conquiste importanti.
Negli anni del dopoguerra iniziò a essere avvertita l’esigenza di istituire una sede di dibattito internazionale. Nel 1969, attraverso un’azione congiunta di Iabse (International Association for Bridge and Structural Engineering) e Asce (American Society of Civil Engineers), e grazie alla tenace volontà di Lynn S. Beedle della Lehigh University, venne costituito il Joint Committee on Tall Buildings, che nel 1976 è diventato Ctbuh e dal 2004 ha sede nell’Illinois Institute of Technology di Chicago. Partecipano ai suoi organi direttivi e ai comitati di lavoro ingegneri di primo piano nel progetto e nella costruzione di alcun degli edifici più alti e celebri al mondo (tra gli altri, William Baker di Som, progettista della Burj Khalifa di Dubai). Il Ctbuh ha ampliato progressivamente la propria missione coordinando anche la produzione di documenti guida.
Oggi il calcestruzzo è leader indiscusso (63%) per le strutture, mentre aumentano le costruzioni miste in calcestruzzo e acciaio, che salgono dal 26% al 32%. Solo il 5% delle soluzioni si avvale unicamente dell’acciaio portante. Il calcestruzzo la fa da padrone non solo per i nuclei (cores) e i setti (shear-walls), ma anche per colonne e le mega-columns (talora con sezioni miste in acciaio-calcestruzzo). Questo è dovuto al significativo incremento, negli ultimi due decenni, delle capacità resistenti dei conglomerati cementizi, come risultato di più sofisticate tecniche di produzione tanto dei cementi che dei conglomerati, grazie anche all’impiego di additivi e di più accurate procedure di messa in opera e maturazione. Oggi si può dire che il campo di resistenza del calcestruzzo è arrivato a confinare con quello dell’acciaio, mantenendo costi di produzione e messa in opera più ridotti, specialmente in aree dove il costo della mano d’opera è competitivo. Un’ulteriore ragione sta nel progresso delle tecniche di pompaggio sino a grandi altezze. Nella Burj Khalifa, che con i suoi 828 m detiene il record mondiale (anche se sono in corso progetti che puntano a raggiungere i 1.000 metri), le strutture sono in calcestruzzo fino all’altezza di ben 650 m.
L’attività di codifica e armonizzazione in ambito pre-normativo per le strutture in calcestruzzo armato si svolge oggi nella Fédération Internationale du Béton (Fib). Da qualche anno la Fib ha istituito il Task Group 1.6 ”High-rise buildings”, che ha sta per pubblicare le linee guida “Tall Buildings – Design guide for the engineering of tall buildings in concrete” nella collana dei Fib Bulletins. Il documento, illustrato da diversi casi studio, tratta la scelta e ottimizzazione dei sistemi strutturali, i criteri di progetto e le tecniche costruttive, le fondazioni, la risposta alle azioni sismiche e al vento con particolare attenzione ai problemi di smorzamento, e la risposta nel tempo con riguardo agli effetti della viscosità e del ritiro del calcestruzzo su deformazioni e stati di sollecitazione, e relativi criteri progettuali e costruttivi per una parziale compensazione di tali effetti.
Per quanto attiene all’analisi della risposta nel tempo ne emerge la necessità di effettuare un’analisi strutturale sequenziale nel tempo durante le fasi costruttive (construction stage analysis), che deve essere seguita da un’analisi nel tempo (time-history analysis) fino a un target time, e più oltre nel lungo periodo per verificare l’affidabilità della risposta dell’edificio nel corso di tutta la sua vita di servizio. Ne deriva la necessità di adattare i codici di calcolo classici base elastica, tanto quelli predisposti dai progettisti (in-house software programs) quanto quelli commerciali, incorporando correttamente il comportamento deformativo di carattere viscoelastico ereditario proprio del conglomerato cementizio.
Su questo punto il dibattito è ancora aperto: gli approcci computazionali nel tempo possono essere di tipo integrale o rate-type. Sul mercato esistono oggi software che incorporano sia una construction stage che una time-history analysis (ad esempio Sap 2000, Midas e altri). Si tratta però di codici concepiti inizialmente per il progetto di ponti costruiti in modo sequenziale, e adattati successivamente alle nuove esigenze di analisi degli edifici alti in calcestruzzo. Spetta ancora ai progettisti controllare che tali analisi siano formulate in accordo con le linee guida più recenti.
In Italia l’unica sede di formazione e approfondimento su questi temi è il Master Ega sugli edifici di grande altezza, attivo dal 2012 presso il Politecnico di Torino grazie al sostegno di Banca Intesa, in connessione con la realizzazione a Torino della Torre Intesa Sanpaolo su progetto di Renzo Piano.
Un caso eclatante: la Torre Isozaki
La torre Isozaki all’interno del progetto CityLife sarà il grattacielo più alto d’Italia. La costruzione è iniziata ad aprile 2012 e verrà terminata tra la fine del 2014 e l’inizio del 2015. Il progetto prevede 50 piani, di cui 46 destinati a funzioni dirigenziali, e potrà ospitare fino a 3.800 persone su circa 53.000 mq di superficie lorda.
La struttura è in calcestruzzo armato ed elementi compositi acciaio-calcestruzzo con un’altezza di 223 m dal piano d’imposta delle fondazioni (e di 207 m dal piano stradale). Progettato da Arata Isozaki e Andrea Maffei, si è avvalso di Arup Italia (Milano) per le strutture, mentre general contractor è l’impresa Colombo costruzioni che si sarebbe aggiudicata l’opera per un importo di 150 milioni di euro. Le imprese esecutrici sono S.G.F. – I.N.C. spa (Milano) con la consulenza di Franco Mola, e Impresa Bacchi (Milano, subappalto).
Il progetto ha già conseguito la pre-certificazione Leed con obiettivo Gold. Per la platea di fondazione è stato utilizzato un calcestruzzo autocompattante, Scc (Self Compacting Concrete) della Monvil Beton con additivi Mapei Mapeplast PZ 300, Dynamon SR 914, Viscostar 3K. Le casserature sono di Doka.
La Torre Isozaki è inoltre il primo grattacielo della penisola a dotarsi di una tripla vetrata esterna costituita da cellule strutturali leggermente curvate e dotate di triplo vetro messe distribuite in moduli alti sei piani messe a punto dalla Focchi
L’autore
Mario Alberto Chiorino
Professore emerito del Politecnico di Torino dove è stato vice-rettore e dal 1975 ordinario di Scienza delle costruzioni alla facoltà di Architettura, è socio nazionale dell’Accademia delle scienze di Torino, membro onorario dell’American Concrete Institute e del suo International Advisory Committee, presidente onorario di Aci Italy Chapter, life member di Fib-Fédération International du Béton, e membro di varie altre associazioni internazionali nel settore dell’ingegneria strutturale quali Iabse e Iass. Nell’ambito di Aci presiede il Comitato 209 “Creep and Shrinkage in Concrete” e ha coordinato nel 2010, assieme a H. S. Lew del National Institute of Standards and Technology Nist americano, la Special Session “Tall Buildings“. In seno a Fib è membro della Commissione 4 “Structural Design” e del Task Group 1.6 “High-rise buildings“, nel quale si è occupato dell’influenza delle deformazioni differite, viscose e di ritiro, del calcestruzzo sulla risposta nel tempo degli edifici alti contribuendo alla redazione del documento Fib di Linee guida. Ha tenuto corsi e seminari in università e centri di ricerca in Europa, America e Asia, ed è autore di numerosi scritti scientifici e volumi internazionale. È docente al Master Ega del Politecnico di Torino. Progettista di grandi strutture, ha tra l’altro realizzato la ciminiera in calcestruzzo armato di 250 m per la centrale termoelettrica di Tavazzano (Lodi), che detiene il record italiano di altezza per le costruzioni in calcestruzzo armato.
