Nel nuovo hangar all’aeroporto di Gatwick, a Londra, si svolge la manutenzione di tutta la flotta Boeing. Composto da più di 3.000 tonnellate di carpenteria metallica, l’hangar ha una superficie di 15.000 m² e 3.000 m² destinati a uffici, depositi e spazio per gli impianti. Questo edificio in acciaio è stato realizzato nell’ambiente difficile di un aeroporto in funzione: la sua costruzione è iniziata il giugno 2018 e terminata nel novembre 2019.
Il progetto deve gran parte del suo successo alla tecnologia digitale e al BIM.

Il progetto architettonico
Progettato da D5 Architects, l’hangar ha una superficie di 150×95 m. Progettato per consentire la manutenzione del 787 Dreamliner e del 737 Max, è anche destinato a fornire alloggi futuri per il nuovo 777-9, destinato a essere il più grande ed efficiente aereo a reazione bimotore di Boeing, più grande di un 747.
La struttura in acciaio è composta da profonde capriate che si estendono fino a 75 m, creando un vasto spazio interno privo di colonne. Le capriate, supportate da colonne reticolari e colonne di elevazione controventate, formano un sistema di stabilità primario.
I lucernari, in grado di ridurre la dipendenza dalla luce artificiale, e 900 m² di pannelli solari fotovoltaici installati sul tetto, hanno contribuito a rendere questo progetto “Eccellente” secondo il rating della certificazione Breeam.
Mott MacDonald è stato il consulente di progettazione principale del progetto, di cui ha seguito la progettazione strutturale, civile, infrastrutturale e MEP, mentre l’appaltatore di strutture in acciaio JD Pierce è stato incaricato dei dettagli e della fabbricazione del telaio dell’hangar. Entrambi hanno utilizzato la suite di software Tekla di Trimble.

Parlando del progetto, Pierre-Louis Morcos, che ha guidato il team Mott MacDonald, ha dichiarato: “Questo progetto è stato estremamente entusiasmante dal nostro punto di vista di ingegneri strutturali. Data la funzione della struttura come hangar per aerei, era imperativo fornire uno spazio ampio e privo di colonne, assicurando che ci fosse spazio sufficiente per manovrare in sicurezza gli aerei all’interno dell’hangar. Avevamo quindi dei limiti per posizionare la nostra struttura portante e dovevamo considerare con attenzione i percorsi di carico e la stabilità complessiva della struttura”.

Il progetto strutturale
Mott MacDonald ha eseguito la progettazione del telaio in acciaio in Tekla Structural Designer.
Morcos ha spiegato: “Ci sono stati numerosi elementi da considerare: la stabilità laterale del telaio strutturale, gli effetti termici e ai carichi del vento. Dato il grande spazio interno e le altezze associate a edifici da cinque a dieci piani, stavamo lavorando con delle campate in acciaio davvero lunghe. Di conseguenza, era essenziale considerare sin dall’inizio i vincoli di edificabilità e trasporto per garantire il rispetto del programma di costruzione e ridurre i lavori in quota. Non era sufficiente modellare l’edificio as-built. Era importante anche considerare la prospettiva pratica e logistica dell’assemblaggio e del trasporto dalla fabbrica al sito”.
Un esempio di tale sfida logistica è stato il processo di trasporto delle grandi sezioni in acciaio dalla fabbrica di JD Pierce in Scozia al sito di Gatwick. Alcuni dei tralicci in acciaio misuravano fino a 66 m di lunghezza. Mott MacDonald ha optato per una soluzione progettuale che tenesse conto di tali vincoli, prevedendo le dimensioni delle capriate in modo che potessero essere trasportate in cantiere come elementi completi, senza essere giuntati verticalmente o senza richiedere permessi di trasporto speciali. A causa della loro lunghezza, le capriate dovevano essere divise orizzontalmente in quattro sezioni più corte, che venivano semplicemente imbullonate insieme sul posto e sollevate in posizione. Inoltre, durante le fasi di progettazione sono stati compiuti sforzi per sviluppare un progetto che consentisse di ottenere una stabilità permanente fin dalle prime fasi della costruzione.

I vantaggi del BIM
Ian Poole, ingegnere strutturale di Mott MacDonald, ha spiegato: “Era fondamentale analizzare e modellare accuratamente la stabilità strutturale dell’hangar dal punto di vista dell’assemblaggio, non solo come struttura completa finale. Ad esempio, sezioni dell’edificio sono state modellate per fornire un sistema di stabilità permanente quasi subito dopo il sollevamento, con una notevole riduzione delle opere temporanee. Essere in grado di visualizzare, valutare e analizzare con precisione questi dettagli in fase di progettazione, grazie a Tekla Structural Designer, è stato estremamente prezioso ed è stato in effetti uno dei principali vantaggi del software”.
Il BIM è stato decisivo anche per la progettazione della colonna centrale della trave in lamiera dell’hangar, un elemento strutturale chiave.
Poole ha commentato: “Questa colonna centrale era fondamentale per aiutare a sostenere la capriata a sbalzo e, a sua volta, gran parte del carico del tetto. Non solo: anche la posizione della colonna era molto critica, dovevamo essere sicuri che non avrebbe ridotto lo spazio di manovrabilità disponibile all’interno dell’hangar. Comprensibilmente, si trattava di un progetto estremamente complesso, con numerose connessioni in acciaio richieste in ogni giunto, dettagli unici e grandi forze di connessione assiale e di taglio da considerare”.
Grazie all’esperienza del team di ingegneri e agli strumenti di visualizzazione e analisi di Tekla Structural Designer, Mott MacDonald è stato in grado di ottenere un progetto di colonna strutturale più efficiente, risparmiando tempo, peso e costi.

Il BIM per la collaborazione tra le parti
Un’altra sfida del progetto, in cui l’uso di Tekla Structural Designer ha aiutato a valutare opzioni di progettazione alternative, riguardava le connessioni in acciaio. Data l’altezza delle colonne di supporto, alcune dovevano essere fabbricate come due componenti separati, prima di essere imbullonate insieme in loco. In origine, le colonne erano progettate con collegamenti a piastra di copertura. Tuttavia, seguendo la proposta di JD Pierce di utilizzare invece le connessioni della piastra terminale, in progettisti sono stati in grado di modellare la stabilità di ciascuna connessione nel software e determinare quale connessione fosse più adatta in termini di prestazioni ed efficienza. Di conseguenza, sono stati in grado di semplificare le operazioni di installazione, fornendo allo stesso tempo la stabilità strutturale richiesta.
Una volta modellata la struttura dell’hangar Boeing, comprese tutte le deviazioni e i carichi richiesti, Mott MacDonald ha infatti condiviso il modello BIM con JD Pierce, semplificando l’intero processo.
Angus Cormie, ingegnere capo di JD Pierce, ha commentato: “Siamo stati incaricati di dettagliare e fabbricare il telaio di supporto dell’involucro dell’hangar e le connessioni in acciaio. Essendo utilizzatori dei software Tekla da più di dieci anni, sapevamo che il software aveva gli strumenti intelligenti necessari per un progetto di queste dimensioni e importanza, in particolare per quanto riguarda velocità e precisione. Una volta ricevuto il file del modello da Mott MacDonald, siamo stati in grado di inserire questi dati nel nostro modello Tekla Structures. Come ha già accennato Pierre-Louis Morcos, era fondamentale che la costruzione in loco dell’hangar fosse considerata durante tutta la fase di dettaglio. Anche in questo caso, il software Tekla e il livello di dettaglio visivo contenuto all’interno del modello 3D sono stati un vero aiuto, consentendoci di pianificare e coordinare l’intero processo di installazione”.

Il BIM nelle fasi costruttive
Anche nelle fasi costruttive del progetto, Tekla Structures e l’uso del BIM si sono dimostrati preziosi per garantire la stabilità delle opere temporanee. In effetti, la stabilità temporanea è un aspetto importante della costruzione di edifici con struttura in acciaio, come questo. La progettazione della fase di costruzione spetta al costruttore e Tekla Structure.
Ancora Angus Cormie: “I traliccio a cassone nella parte anteriore dell’hangar era un elemento strutturale chiave, progettato per fornire stabilità al telaio una volta costruito. Tuttavia, a causa delle sue dimensioni complessive e del peso e del numero dei singoli componenti in acciaio, è stato deciso che sarebbe stato più sicuro assemblarlo a terra, prima di sollevarlo con una gru. Di conseguenza, sono stati necessari puntelli temporanei per fornire una struttura per le sezioni del traliccio, mentre venivano imbullonati insieme a terra. Utilizzando il modello in Tekla Structures, siamo stati in grado di estrarre i pesi esatti e il centro di gravità per ogni singolo componente in acciaio, con una precisione di 5 mm. Questo ci ha permesso di determinare la progettazione e il posizionamento della struttura provvisoria in acciaio, oltre ad aiutare a pianificare e coordinare in sicurezza i successivi sollevamenti della gru. Dato il livello di dettaglio che otteniamo dal modello, possiamo essere sicuri dei pesi esatti e quindi scegliere le gru appropriate da sollevare”.
Una volta completato il modello Tekla Structures e i relativi disegni di fabbricazione, JD Pierce è stato in grado di trasferire questi dati direttamente dal modello 3D ai suoi macchinari CNC.
Conclude Cormie: “I vantaggi di questo processo semplificato sono evidenti. Non solo ci fa risparmiare tempo, ma rimuove anche il potenziale di errore umano. Grazie all’eccellente livello di dettaglio contenuto nel modello Tekla e all’integrazione intelligente tra il software e i nostri macchinari di fabbricazione, abbiamo ottenuto un risultato estremamente preciso. Questa precisione è forse uno dei maggiori vantaggi di un flusso di lavoro basato su modello BIM, a vantaggio non solo del risultato finale di un progetto, ma anche delle opere temporanee e del processo di assemblaggio”.

Il progetto in breve
Luogo: Londra – Gatwick
Committente: Boeing United Kingdom Limited
Progetto architettonico: D5 Architects
Ingegneria strutturale: Mott MacDonald
Carpenteria metallica: JD Pierce
Appaltatore principale: John Sisk & Son