Questo approfondimento mostra la soluzione tecnica relativa ai sistemi di supporto di impianti per tubazioni verticali soggette a dilatazioni termiche. La progettazione è stata sviluppata per gli impianti situati all’interno dei cavedi delle due torri del Pristina City Center in Kosovo (fig.1).

Le tubazioni verticali rappresentano la spina dorsale dell’edificio, corrono attraverso lo stesso all’interno dei cavedi o separatamente lungo le pareti, consentendo di disporre le tubazioni orizzontali nei piani. Poiché di norma sono soggette a sistemi di carico più complessi (peso proprio del tubo/condotta, dilatazione termica e colpo d’ariete) richiedono particolare attenzione con specifici calcoli dei supporti e dei fissaggi alla struttura in fase di progettazione.

Fig.1 Torri Est e Ovest del Pristina city center

Di seguito si riporta il calcolo dei supporti per tubazioni che sono soggette a dilatazioni termiche, le quali possono essere causate da alte variazioni di temperatura a cui è sottoposta la tubazione e provocare una variazione di lunghezza della stessa che dipende da tre fattori:

• La lunghezza della tubazione a temperatura ambiente;
• Il coefficiente di dilatazione termica del materiale della tubazione;
• La differenza di temperatura a cui è soggetto il tubo.

L’espansione orizzontale dei tubi può comportare la deformazione dei supporti dell’impianto e di conseguenza un danneggiamento dell’impianto stesso e della struttura a cui esso è collegato. Per evitare danni di questi tipo è importante prevedere l’utilizzo di punti flessibili che consentano alla tubazione di scorrere in direzione assiale, assecondandone il movimento: le slitte (fig.2).

Fig.2 Slitte: consentono lo spostamento del tubo in direzione assiale

È necessario prevedere dei punti fissi (fig.3), ovvero i punti di “movimento zero”, i quali bloccano qualsiasi movimento del tubo e trasferiscono i carichi alla struttura. In parallelo al blocco dello spostamento, in questi punti è necessario prevedere dei sistemi di compensazione che assorbano lo spostamento assiale: compensatori naturali o artificiali (fig.4).

Fig.3 Punti fissi

Fig.4 Compensatori naturali e compensatori tecnici

Caso studio

Il complesso edilizio del Pristina City Center è composto da parcheggi interrati, un centro commerciale e due torri, Est e Ovest, destinate a residenze di lusso. Le residenze (torre Est 36 livelli f.t. e Ovest 34 livelli f.t.) sviluppano una superficie complessiva di circa 80.000 mq. Nello specifico la progettazione dei supporti di impianti ha riguardato le tubazioni verticali presenti all’interno dei cavedi delle due torri, i quali hanno uno sviluppo in altezza di circa 125 m. Al loro interno sono presenti tubazioni che serviranno l’acqua calda sanitaria, tubazioni di refrigerazione e tubazioni antincendio, per cui si è resa necessaria una soluzione con alto livello di ingegnerizzazione (fig.5). Nelle due strutture sono presenti due cavedi nella torre Ovest e tre cavedi nella torre Est con dimensioni 80x250 cm (fig.6).

Fig.5 Torri Est e Ovest

Fig.6 Vista in pianta dei cavedi

Per le tubazioni di acqua calda sanitaria e refrigerazione, essendo soggette a variazioni termiche e a carchi piuttosto elevati, sono stati valutati i supporti considerando i vari vincoli e la complessità delle configurazioni. Per ogni tubazione è previsto il posizionamento di due compensatori tecnici, i quali hanno l’obiettivo di consentire il movimento del tubo dovuto all’espansione termica, che si sviluppa lungo l’asse longitudinale della tubazione. Si è proceduto poi con la progettazione delle guide assiali, posizionate in numero e distanza dal compensatore come indicato nella scheda tecnica dello stesso. Le guide assiali devono essere dimensionate per carichi multidirezionali, sia verticali, sia laterali del tubo, poiché nell’area di compensazione possono verificarsi dei movimenti trasversali all’asse del tubo; L’installazione di questi supporti ad una certa distanza dal compensatore permette di mantenere il tubo in posizione e di consentire il movimento di espansione. La soluzione progettuale individuata è composta da un binario che si sviluppa da parete a parete, fissato al lato corto del cavedio (fig.7). Su questo binario verrà montata una slitta in modo tale da consentire la dilatazione del tubo, in aggiunta per assorbire l’eventuale movimento trasversale viene montata una seconda slitta fissata direttamente a parete.

Fig.7 Guide assiali

Per ogni tubazione sono stati dimensionati tre punti fissi (fig.8), con l’utilizzo del software Hilti Fix Point (link), i quali assorbono le azioni agenti, bloccano il movimento del tubo e trasferiscono i carichi alla sovrastruttura. Il punto fisso posizionato in cima alle tubazioni è stato verificato per le azioni derivanti dalle dilatazioni, per azioni dovute alla presenza del compensatore e al peso della tubazione vuota. Il secondo punto fisso è stato posizionato in mezzo ai due compensatori e verificato per azioni derivanti dalle dilatazioni, per azioni dovute alla presenza del compensatore e al peso della tubazione piena; il terzo punto fisso è stato posizionato in fondo alla tubazione e verificato per azioni derivanti dalle dilatazioni, per azioni dovute alla presenza del compensatore e al peso della tubazione piena. Il fissaggio dei punti fissi è stato previsto direttamente a parete in calcestruzzo o eventualmente alle travi di bordo.

Di seguito si riporta uno schema esemplificativo del posizionamento dei supporti lungo tutto lo sviluppo di ciascuna tubazione: è stata prevista l’installazione tre punti fissi, di due compensatori e di guide assiali posizionate prima e dopo i compensatori stessi (fig.9). Data la complessità dello schema e la configurazione estremamente articolata dell'impianto, è possibile comprendere come si renda necessaria un'attenta valutazione sia del sistema di carichi agenti sia di conseguenza un'adeguata progettazione dei sistemi di supporto.

Fig.8 Punti fissi

Fig.9 Schema esemplificativo dei supporti per le tubazioni verticali

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Si ringrazia lo studio Tekne S.r.l.; l'ing. Pizzolorusso e l'ing. Bruno, per la gentile concessione del materiale relativo a questo interessante caso studio.