Serra e dimenticatene – Bulloni inaccessibili

Le rondelle Nord-Lock fissano un magnifico pezzo di architettura  

Proprio accanto al fiume Elba ad Amburgo, integrato nel progetto di sviluppo urbano HafenCity, si trova il Westfield Hamburg-Überseequartier. Sviluppato dalla società Westfield con una forte attenzione alla sostenibilità, il quartiere ospita uffici, ristoranti e quasi tutte le altre strutture essenziali per un centro città moderno e vivace.

Passando per l'Überseequartier di Amburgo, i visitatori sono immediatamente colpiti dal suo carattere architettonico unico. Tuttavia, spicca il tetto interno in vetro, progettato dal famoso architetto tedesco Werner Sobek. Assemblato con migliaia di pannelli unici, il tetto sembra uscito da un film di fantascienza e cattura in modo appropriato l'identità dell'Überseequartier di Amburgo come ambiente urbano orientato al futuro.

2024 Roschmann. All rights reserved

Roschmann Group, specialista di facciate in vetro per costruzioni in acciaio, il cui lavoro comprende la sede del Comitato Olimpico Internazionale di Losanna e il centro visitatori della Torre Eifel, è stato incaricato di trasformare la visione di Werner Sobek in realtà.

Se l'imponenza del tetto è evidente a prima vista, le sfide di bullonatura necessarie per realizzarlo sono ben più nascoste.

I molteplici vantaggi delle connessioni bullonate

Oltre ai pannelli di forma unica, la struttura del tetto è costituita da sezioni cave, ideali per strutture di ampia portata in cui la resistenza, la stabilità, il peso ridotto e l'estetica hanno la massima priorità.

Dopo aver inizialmente preso in considerazione le saldature come soluzione di fissaggio, Roschmann si è reso conto delle sfide piuttosto insormontabili che avrebbe comportato e ha deciso di inserire nel mix le connessioni bullonate. 

“Utilizzare esclusivamente i nodi saldati sarebbe stato molto complesso e dispendioso in termini di tempo, richiedendo un notevole lavoro di assemblaggio in cantiere e collegamenti ausiliari”, affermano Michael Skopp, Responsabile Ricerca e Sviluppo e René Hesselbarth, Project Manager di Roschmann.

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I vantaggi delle connessioni bullonate erano molteplici. In primo luogo, l'efficacia in termini di tempo è stata fondamentale per Roschmann nell'acquisizione del progetto. In secondo luogo, quando non era necessario assemblare ogni singolo collegamento in loco, le sezioni separate del tetto potevano essere costruite fuori dal cantiere, rendendo più agevole la logistica e il coordinamento. Ma l'aspetto più vantaggioso dell'utilizzo di connessioni bullonate è stata la flessibilità. 

“I segmenti del tetto pesano diverse tonnellate e dovevano essere sollevati e posizionati. Con le connessioni saldate, non è più possibile controllare e correggere il posizionamento dei segmenti una volta assemblati. Con le connessioni bullonate, invece, abbiamo potuto rielaborare e mettere a punto il posizionamento, il che ci ha dato una flessibilità fondamentale”, affermano Michael Skopp e René Hesselbarth.

Un tetto che si muove

Era inoltre necessaria la possibilità di riaggiustare e serrare i valori esatti di precarico predeterminati, in modo che il tetto potesse muoversi leggermente. A tal fine, Roschmann si è rivolto al Centro di competenza per tubi e sezioni cave (CCTH), una società di ingegneria specializzata in applicazioni a sezione cava, per il calcolo del precarico che lo avrebbe consentito.

“L'intera struttura si basa molto su intervalli di precarico altamente specifici e predeterminati”, spiega il Dr.-Ing Stefan Herion, amministratore delegato del CCTH. “Quindi, dovendo consentire lievi movimenti nella costruzione, abbiamo dovuto precaricare il bullone con i livelli giusti”.

Dopo aver identificato la forza di precarico necessaria a garantire che i nodi della costruzione del tetto sopportino come dovrebbero, pur consentendo un certo grado di movimento, il passo successivo è stato quello di garantire che il precarico fosse applicato con precisione. Per questo motivo, l'Università di Scienze Applicate di Monaco ha effettuato dei test di serraggio.

A collaborare con Roschmann e CCTH per individuare una soluzione che mantenesse il comportamento di coppia e precarico delle connessioni bullonate è stato anche il produttore di bulloni August Friedberg GmbH. L'azienda tedesca fornisce soluzioni di bullonatura a numerosi settori industriali e, in questo progetto, si trattava di un sistema di lubrificazione altamente sofisticato.

“Il nostro compito era quello di trovare un lubrificante che permettesse di ottenere un determinato precarico nella soluzione di bullonatura e che rimanesse stabile nel tempo con una bassa dispersione”, afferma il Dr.-Ing. Selcuk Güres, Responsabile Ricerca e Sviluppo di Friedberg.

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Friedberg ha utilizzato la lubrificazione AF Pro di nuova concezione che, oltre a soddisfare tutti i requisiti relativi alla coppia e al precarico, è anche in grado di resistere alle sfide ambientali legate al clima umido e piovoso di Amburgo. Inoltre, poiché il numero di dadi e bulloni superava i 5000, in una gamma di dimensioni diverse, la lubrificazione parziale standard delle superfici della testa e della filettatura avrebbe richiesto troppo tempo. Pertanto, Friedberg ha ideato una soluzione speciale e automatizzata che lubrificava l'intero bullone.

Giunzioni fuori dall'ordinario

I problemi di bullonatura nella costruzione del tetto sono stati, per varie ragioni, unici e complicati. Come accennato in precedenza, il precarico calcolato necessario per consentire al tetto di essere sufficientemente flessibile da permettere piccoli movimenti non rientrava nei livelli normativi in quanto non era né precaricato né non precaricato.

Un altro dettaglio che ha reso la bullonatura difficile e non conforme ai protocolli regolamentati e standardizzati è stata la combinazione di parti (cioè, bullone e rondella) assemblate all'interno delle sezioni cave, chiamata anche “connessione a foro cieco”, il che significa che le connessioni bullonate non sono visibili. Nella costruzione del tetto, le connessioni sono state coperte con piastre di fissaggio.  

“La connessione a foro cieco era fondamentale per l'estetica del tetto. Stando sotto, non si può vedere come l'intera struttura sia fissata insieme, poiché non ci sono segni di saldatura o bulloni o dadi visibili”, afferma Stefan Herion.

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La combinazione di connessioni bullonate non completamente precaricate e di connessioni a foro cieco con un unico bullone longitudinale ha rappresentato una sfida costruttiva senza precedenti per Stefan Herion e i suoi colleghi.

Inoltre, per Friedberg, un paio di aspetti hanno reso il lavoro sul progetto di costruzione del tetto qualcosa di assolutamente ordinario:

“Di solito, le norme tedesche sulle costruzioni in acciaio stabiliscono quali bulloni possono essere utilizzati con quali dadi e in quali tipi di connessioni. In questo caso, la combinazione di bulloni HV completamente lubrificati con rondelle di bloccaggio a cuneo, installati in un foro cieco filettato mediante serraggio della testa del bullone, è probabilmente quanto di più lontano dallo standard”, afferma il Dr.-Ing. Selcuk Güres.

Uno sguardo ravvicinato alla connessione a foro cieco nella costruzione del tetto. Sul lato opposto della sezione cava, il collegamento imbullonato si ancorerà a una struttura in materiale solido, anziché a un'altra sezione cava.

Per Friedberg, capire la relazione tra coppia e precarico e come ottimizzare l'uso della lubrificazione ha significato effettuare test approfonditi con tutti i componenti da utilizzare nell'applicazione finale del tetto.

Da tutto ciò deriva una domanda cruciale: dal momento che le connessioni bullonate si trovano in fori ciechi sigillati direttamente sotto i massicci pannelli di vetro, come funziona la manutenzione? La risposta a questa domanda è: non è necessaria.

Distinguersi in una moltitudine di metodi di serraggio

Senza la possibilità di accedere alle connessioni bullonate, Roschmann doveva garantire che il precarico rimanesse entro gli intervalli calcolati .Quindi, in sostanza, serviva una soluzione di bullonatura esente da manutenzione, in grado di gestire le connessioni non standardizzate e non completamente precaricate del tetto stabilite da CCTH e Roschmann. A fronte di questi impegnativi prerequisiti, Stefan Herion di CCTH ha pensato istintivamente a Nord-Lock.

“Il mio primo incontro con le rondelle Nord-Lock è stato guardando un video test di un Junker, che dimostrava chiaramente la capacità delle rondelle di mantenere i livelli di precarico in presenza di forti vibrazioni”, afferma Stefan Herion.

Da allora, Stefan Herion ha collaborato con Nord-Lock in numerosi progetti edilizi e, ogni volta, si è rassicurato sulla capacità delle rondelle di salvaguardare l'integrità di costruzioni complicate e critiche. In questo progetto, che chiaramente non seguiva i protocolli standard e richiedeva un precarico molto specifico, il metodo di fissaggio dei bulloni doveva essere assolutamente sicuro di rimanere stabile una volta installato.

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Insieme agli ingegneri responsabili delle prove e a Roschmann, Stefan e il suo collega Dr.-Ing Oliver Fleischer hanno discusso le alternative di bullonatura a disposizione: Procedere secondo i protocolli standard non era un'opzione, poiché il tetto, come detto, aveva bisogno di un certo grado di flessibilità per muoversi. Un'altra opzione, l'applicazione di frena-filetti per mantenere il precarico, non è un metodo regolamentato nel settore delle costruzioni e non avrebbe nemmeno permesso di effettuare aggiustamenti durante il montaggio.  Quindi, alla luce di queste carenze degli altri metodi di fissaggio dei bulloni, le rondelle Nord-Lock sono emerse come la soluzione ottimale.

“La discussione è stata piuttosto rapida. Avevamo bisogno di una soluzione che mantenesse un precarico sufficientemente elevato da premere le superfici tra loro. Una minima perdita di precarico avrebbe provocato una spaccatura con conseguenze negative potenzialmente gravi. L'uso delle rondelle Nord-Lock era anche l'unica soluzione che consentiva di non serrare le rondelle, il che era fondamentale per impostare il giusto precarico e assemblare correttamente il tetto”, hanno dichiarato Michael Skopp e René Hesselbarth.

Come CCTH, anche Roschmann si era già rivolta alle rondelle Nord-Lock per i suoi progetti di facciate in vetro. Il tetto dell'Überseequartier di Amburgo ha prolungato la lista.

Un partner per la trasformazione della teoria in pratica

L'identificazione della giusta soluzione di bullonatura, compresi i livelli di precarico, la lubrificazione e il metodo di fissaggio, è stata fondamentale per trasformare la visione di Weber Sobek in una costruzione reale, sicura e robusta, destinata a durare per decenni.

Come illustrato in ogni fase di questa storia: dietro le quinte dell'esperienza impressionante di stare sotto il tetto, c'è un intero apparato di calcoli e test che lo rende possibile. Questo rapporto tra l'ingegneria più dura, la teoria matematica e la costruzione reale che ne è scaturita è ciò che Michal Skopp e René Hesselbarth considerano l'aspetto più gratificante di questo progetto:

“Quando stavamo per concludere il progetto, sono salito sul tetto. Poi uno degli operai mi ha raggiunto e ho potuto sentire il tetto muoversi mentre camminava. Sapere che tutti questi calcoli e ipotesi lo hanno reso possibile è una cosa molto bella”.

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Ma a parte l'ingegneria in sé, per far sì che i progetti di questa portata, che richiedono molto tempo, si svolgano senza intoppi e vadano come previsto, Roschmann sottolinea la necessità cruciale di un coordinamento a breve termine.

“Semplicemente non c'è molto tempo, il che significa che l'efficacia è tutto. Anche questo è stato un motivo decisivo per cui abbiamo scelto Nord-Lock. Non solo sapevamo che le loro rondelle sarebbero state in grado di soddisfare tutti i requisiti specifici del tetto, ma abbiamo imparato a conoscerli come un partner altamente collaborativo e dalle risposte rapide”.