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Costruire grattacieli migliori dopo l’11 settembre

Oggi 11 settembre è un giorno particolare per tutti noi. A distanza di 18 anni, quelle immagini restano ancora indelebili nella nostra memoria. Quando un attacco terroristico porta al crollo di interi edifici uccidendo centinaia o migliaia di persone, è ovviamente una tragedia. Ma è anche un problema ingegneristico molto importante. Ed è cosi che mi sono ritrovato a leggere un articolo di Shih-Ho Chao, professore associato di ingegneria strutturale e meccanica applicata, all’Università del Texas Arlington.

Il crollo del 1995 del Federal Building Alfred P. Murrah a Oklahoma City e delle torri del World Trade Center nel 2001 hanno portato molte persone ad impegnarsi affinché qualcosa di simile non accada in futuro. Per gli ingegneri strutturisti questo ha significato comprendere cosa fosse successo e fare ricerche approfondite su come migliorare la capacità degli edifici di resistere ad un attacco terroristico.

L’attacco all’edificio Murrah ci ha insegnato che una struttura può subire il cosiddetto “crollo progressivo” L’edificio, alto nove piani, era realizzato in cemento armato, l’esplosione di un camion davanti l’edificio il 19 aprile 1995, indebolì parti chiave della struttura, ma non portò al crollo totale della stessa.


Il Federal Building Alfred P. Murrah a Oklahoma City dopo l’esplosione

Solo pochi pilastri hanno ceduto a causa dell’esplosione, ma una volta crollati, i pilastri intatti sono rimasti da soli a sostenere l’intero edificio. Non tutti sono stati in grado di sopportare la ripartizione del carico supplementare portando al crollo di circa metà dell’edificio.

Anche se gran parte della struttura è rimasta in piedi, 268 persone sono morte nelle zone direttamente colpite dall’esplosione della bomba e nelle zone interessate dal crollo successivo. Un mese dopo l’attacco, il resto dell’edificio è stato intenzionalmente demolito. Il sito è ora un monumento alle vittime.


Il progressivo collasso della Torre Nord Jason Valdina/flickr, CC BY-SA

Un fenomeno simile è stato la causa dietro il crollo delle Torri Gemelle del World Trade Center l’11 settembre 2001, che uccise quasi 3.000 persone. Esposte alle alte temperature dovute alla combustione del carburante aereo, le colonne in acciaio di entrambe le torri hanno perso resistenza, ripartendo troppo carico su altri supporti strutturali.

Prima di quei terribili attacchi, la maggior parte delle costruzioni erano costruite con in mente la protezione dal crollo totale, il fenomeno del crollo progressivo era stato sottovalutato data la sua rarità. Dal 2001, si è compreso come il collasso progressivo sia una minaccia molto importante alla sicurezza.

Sono stati identificati due modi principali per ridurre la probabilità che questo accada: migliorare il design strutturale per meglio resistere alle esplosioni e rafforzare i materiali da costruzione stessi.

La ricerca ha trovato il modo di mantenere le colonne e le travi resistenti anche quando sono fortemente sollecitati. Questa proprietà si chiama duttilità e una maggiore duttilità potrebbe ridurre la possibilità di collasso progressivo. La gestione di questa proprietà negli elementi resistenti è una preoccupazione comune quando si costruisce in zone a rischio sismico ed è qualcosa che teniamo conto anche in Italia nelle nostre norme tecniche recentemente aggiornate

Non è però sufficiente adottare queste prescrizioni nei confronti dei danni causati da attacchi terroristici; i terremoti colpiscono gli edifici in modo molto diverso da come avvengono le esplosioni.

Un altro elemento chiave che gli ingegneri strutturisti devono considerare è la ridondanza. Progettare e costruire linee di difesa multiple per travi e colonne in modo che la perdita di un singolo elemento strutturale a causa, per esempio, di un’esplosione non porti al collasso dell’intera struttura.

Anche i materiali impiegati negli edifici rivestono un ruolo primario. Le colonne d’acciaio delle torri del World Trade Center persero rapidamente resistenza quando l’incendio raggiunse i 200 gradi Celsius. Il calcestruzzo riscaldato a tale temperatura, tuttavia, non subisce cambiamenti fisici o chimici significativi; mantiene la maggior parte delle sue proprietà meccaniche. In altre parole, il cemento è praticamente ignifugo.

Il nuovo edificio One World Trade Center trae vantaggio da questa proprietà. Al suo interno sono presenti tre massicci muri in cemento armato spessi 90 cm che corrono lungo l’intera altezza dell’edificio. Oltre a contenere grandi quantità di barre di rinforzo appositamente progettate, queste pareti sono fatte di calcestruzzo ad alta resistenza.

Il calcestruzzo normale può sopportare da 20 a 40 MPa di pressione di compressione. Grazie agli studi nel campo della scienza dei materiali è possibile aumentare ancora la densità delle particelle portando la resistenza del calcestruzzo fino a oltre 200 MPa.

Mentre il calcestruzzo armato tradizionale prevede l’inserimento di un’armatura in acciaio all’interno, negli ultimi anni sono stati fatti ulteriori progressi su questo fronte. Per migliorare la tenacità del materiale e la resistenza agli urti, le microfibre di acciaio ad alta resistenza vengono mescolate al calcestruzzo stesso. Milioni di microfibre si legano con il cemento per impedire la diffusione di eventuali crepe che si verificano a causa di un’esplosione o altra forza estrema.

A sinistra ,cemento armato standard; a destra, calcestruzzo fibro-rinforzato ad altissime prestazioni, sotto gravi carichi di terremoto. Shih-Ho Chao, CC BY-ND

Questo mix di acciaio e calcestruzzo è estremamente resistente e duttile. La ricerca ha dimostrato che questo materiale, chiamato “cemento armato fibro-rinforzato ad altissime prestazioni”, è estremamente resistente ai danni di esplosione. Di conseguenza, possiamo aspettarci che futuri progettisti e costruttori utilizzino questo materiale per indurire ulteriormente i loro edifici contro gli attacchi.

Fonte: https://theconversation.com/how-building-design-changed-after-9-11-64580

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