Foto 1: Lo Stadio Olimpico Oaka di Atene in fase di rinnovo con due archi doppi con sottesa catena di supporto. Il movimento degli archi e la costruzione del tetto sono eseguiti simultaneamente, con l’impiego dei sistemi idraulici integrati Enerpac.
Quando lo sguardo del mondo sarà rivolto verso l’apertura dei Giochi Olimpici di Atene il prossimo agosto, avrà davanti a sé uno spettacolo meraviglioso, in uno stadio che è anch’esso una meraviglia ingegneristica.
La costruzione con tetto ad archi sospesi dello Stadio Olimpico di Atene, ideata dal famoso architetto spagnolo Santiago Calatrava, è sicuramente l’elemento di maggiore impatto visivo tra i lavori di ingegneria previsti per il rinnovo totale dello stadio originario, che avrà il 95 per cento dei posti coperti (rispetto al precedente 35 per cento).
La "perla della corona", come viene definito il tetto dello stadio, sarà sicuramente il marchio dei Giochi Olimpici 2004, con i suoi due archi giganti che hanno un’apertura totale di 304 m e che si innalzano fino ad un’altezza di 80 m.
Ciascun arco sorregge cavi che tengono in posizione i pannelli in policarbonato che costituiscono il tetto, il quale pesa in totale 17.000 tonnellate e ricopre un’area di 10.000 metri quadri, dando riparo a 75.000 spettatori ed atleti. La bella struttura del tetto ampia e circolare è realizzata in metallo e vetro con un rivestimento speciale studiato per riflettere il 60 per cento della luce del sole che vi batte sopra (una caratteristica molto importante per l’estate in Grecia). Il design architettonico e strutturale, unici nel loro genere, rendono questo progetto particolarmente speciale, poiché lo stadio esistente è stato rinnovato mentre il tetto e gli archi erano ancora in fase di costruzione ed erezione. |
 Foto 2: Le due metà del nuovo tetto sono state costruite a parte, per evitare di interferire con il sottostante Stadio Olimpico. |
| Costruzione del tetto
La struttura del tetto, il cui design è un doppio arco con sottesa catena di rinforzo, è stata assemblata vicino ai lati dello stadio. Gli archi ed il tetto sono stati costruiti separatamente in due metà, ognuna a 70 metri dal rispettivo lato dello stadio. Sono state realizzate a parte per evitare di interferire con lo stadio sottostante. Questa costruzione separata ha tuttavia sollevato una delle più grosse domande da rivolgere agli ingegneri: come spostare e posizionare le due metà del tetto, ciascuna del peso di 8500 tonnellate. |
 Foto 3: La struttura del tetto è stata assemblata vicino ai lati dello Stadio Olimpico Oaka. Ciascun arco è costituito da tubi d’acciaio del diametro di 3,5 metri con un’apertura di 304 metri in supporto al nuovo tetto all’avanguardia.
|
Il tetto ad arco è costruito su due scarpe d’appoggio supportate da quattro pattini scorrevoli in teflon.
Il progetto originale prevedeva di spostare ciascun pezzo di tetto tirandolo passo-passo con l’ausilio di lunghe funi, mandrini e martinetti idraulici a breve raggio. Questa tecnica richiedeva che le scarpe d’appoggio della struttura scorressero su sottili piastre d’acciaio inossidabile saldate su speciali rotaie poggianti su enormi travi in cemento.
Tuttavia, le simulazioni al computer hanno evidenziato potenziali problemi nell’utilizzo di funi per il trascinamento del tetto. E’ stato calcolato che a causa dell’elevata energia elastica immagazzinata dalle funi, la differenza tra gli attriti statico e dinamico di Teflon ed acciaio inossidabile avrebbe potuto dare luogo ad uno scorrimento problematico, con conseguenti accelerazioni relativamente elevate ed arresti improvvisi della struttura in ogni fase del processo di spostamento. Questo non era accettabile per i progettisti, che hanno cercato un’altra soluzione.
|
Per lo stadio di Atene, Enerpac ha proposto cilindri di trascinamento a lungo raggio azionati da pompe idrauliche controllate con PLC. Utilizzati per il processo di trascinamento passo-passo, questi hanno un impatto minimo sul progetto esistente. Quattro cilindri di trascinamento sono stati proposti per ciascuna scarpa di appoggio del tetto ad arco. Poiché ogni arco aveva due scarpe e ciascuna di esse aveva quattro pattini di scorrimento, questo significava che serviva un totale di otto cilindri idraulici per spostare e posizionare ciascuna metà di tetto. E’ stata prevista a specifica una pompa a doppio stadio controllata mediante PLC per l’azionamento di ciascun gruppo di quattro cilindri. Questa impostazione offriva il pieno controllo della velocità, dell’accelerazione e della decelerazione durante il movimento idraulico. Il controllo PLC era anche necessario per assicurare il monitoraggio digitale dei parametri della pompa. Questo sistema idraulico integrato è stato studiato per poter spostare e posizionare l’arco con un movimento senza strappi.
|
 Foto 5: il movimento controllato è reso possibile dai sistemi idraulici integrati con controllo PLC Enerpac. |
E’ stata prevista a specifica una pompa a doppio stadio controllata mediante PLC per l’azionamento di ciascun gruppo di quattro cilindri. Questa impostazione offriva il pieno controllo della velocità, dell’accelerazione e della decelerazione durante il movimento idraulico. Il controllo PLC era anche necessario per assicurare il monitoraggio digitale dei parametri della pompa. Questo sistema idraulico integrato è stato studiato per poter spostare e posizionare l’arco con un movimento senza strappi.
Controllo del movimento idraulico
Durante l’effettiva operazione di posizionamento del tetto, che ha avuto luogo nei mesi di maggio e giugno, le pompe con controllo PLC erano collocate sui lati di ciascun arco e li portavano con sé durante il processo di trascinamento. Ciascuna pompa forniva a tutti e quattro i cilindri la stessa pressione idraulica e la stessa forza di trazione mentre la sincronizzazione della corsa era garantita dalla forza strutturale della scarpa d’appoggio. Entrambe le pompe sono state studiate per essere collegate con un cavo lungo 400 metri e sincronizzate dall’unità PLC per il controllo dell’avvio e dell’arresto del movimento idraulico della metà tetto di 8500 tonnellate.
Si sono ottenuti avvii ed arresti molto lineari, mantenendo una velocità accettabile, grazie all’utilizzo di un azionamento a motore CA a frequenza variabile controllato con microprocessore. Questa unità controllava la velocità del motore elettrico, controllando quindi la portata d’olio delle pompe e pertanto la velocità di ritorno dei cilindri di trascinamento.
L’unità di controllo PLC è stata utilizzata per variare la velocità del motore (giri/min) in modo lineare, all’interno degli intervalli di tempo definiti dall’operatore, da un minimo ad un massimo e vice versa. In questo modo si è raggiunta una velocità operativa molto bassa una volta che il movimento dell’arco era iniziato. La velocità è stata tenuta bassa per un certo periodo di tempo, al fine di stabilizzare il sistema. Nella fase successiva, la portata d’olio delle pompe è stata incrementata linearmente (rampa di accelerazione) per garantire un’accelerazione costante ed attentamente controllata fino alla velocità di trascinamento definita dal team di progettazione del tetto. |
 Foto 6: la sincronizzazione del movimento idraulico è controllata dalle unità PLC sulle pompe. Le pompe sono posizionate su entrambi i lati degli archi della scarpa d’appoggio e controllano tutti gli otto cilindri. |
Il processo di trascinamento continuava con la corsa del cilindro ad una velocità costante. Quando il microinterruttore montato sul cilindro rilevava la fine della corsa dello stantuffo, il sistema idraulico diminuiva automaticamente la sua velocità in modo lineare (rampa di decelerazione). Questo riduceva la velocità di rientro del cilindro al minimo, dopodiché arrestava il processo di trascinamento nel suo complesso.
Il processo ricominciava dopo che tutti i cilindri erano stati ricaricati (estensione) ad alta velocità.
|
Dati di sistema:
|
|
| Cilindri di trascinamento: | 8x |
| Forza massima di trascinamento: | 150 tonnellate ciascuno |
| Pressione d’esercizio | 600 bar |
| Corsa | 2000 mm |
| Peso | 1 300 kg (inclusi occhielli a staffa d’attacco) |
| Pompe: | 2x |
| Pressione d’esercizio massima | 630 bar |
| Pressione d’esercizio massima 1a fase | 80 bar |
| Portata Massima Alta Pressione | 8 l/min |
| Portata Minima Alta Pressione | 2.6 l/min |
| Portata Bassa Pressione | 29 l/min |
| Generale | |
| Tempo processo di trascinamento | 22 min |
| Tempo di ricarica cilindro | 13 min |
| Tempo totale fase di trascinamento | 35 min. |
Vantaggi delle soluzioni idrauliche integrate
Enerpac afferma che il progetto dello Stadio Olimpico di Atene mostra come l’integrazione dell’idraulica e dell’elettronica in un unico sistema per il movimento idraulico controllato può risolvere importanti problemi laddove i metodi convenzionali e tradizionali falliscono. Con l’impiego di sistemi controllati mediante PLC, i movimenti idraulici diventano molto semplici, affidabili e sicuri. Ogni fase del processo può essere monitorata in qualsiasi momento.
I principali vantaggi di questa soluzione idraulica integrata sono:
Die Hauptvorteile dieser integrierten Hydrauliklösung sind:
• L’uso di un PLC con un programma d’esecuzione rende la sincronizzazione del movimento ed il controllo della velocità semplici ed accurate, riducendo il rischio di sollecitazione ulteriore nella struttura.
• La trazione, anziché la spinta, rende il movimento più stabile, elimina il rischio di deformazione e contiene le dimensioni del cilindro.
• Le pompe a due stadi con portata olio elevata riducono notevolmente il tempo di ricarica del cilindro.
