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IL PRIMO CROLLO STRUTTURALE - MIRACOLO SULLA TRENTAQUATTRESIMA STRADA

architettura



INDICE


Introduzione pag. 2

Il primo crollo strutturale  pag. 2

Miracolo sulla trentaquattresima strada    pag. 2

Il Pantheon starà in piedi per sempre?  pag. 2



Per mancanza di ridondanza pag. 3

Big bangs    pag. 4

Il giorno che la terra tremò   pag. 4

Galloping gertie   pag. 5

Quando i metalli si affaticano   pag. 5

Passaggi per l'eternità  pag. 5

La debolezza di Madre Terra pag. 6

Valle di lacrime  pag. 6

Un castello di carte    pag. 6

Dermatologia strutturale pag. 7

Morte di vecchiaia  pag. 7

Il peggiore disastro strutturale degli Stati Uniti pag. 8

La politica della distruzione pag. 8

La struttura della legge   pag. 8

Conclusione: saremo in grado di prevenire crolli futuri?  pag. 8

Appendici: Appendice A. Carichi pag. 9

Appendice B. Sforzi e deformazioni  pag. 10

Appendice C. Materiali Strutturali    pag. 10

Appendice D. Sistemi strutturali pag. 10


INTRODUZIONE


Il libro parte dalla considerazione che svanire è il destino di ogni oggetto fatto dall'uomo. Gli edifici, similmente a quanto accade per i corpi umani, hanno una vita piena, infatti possono respirare attraverso le finestre, far circolare i fluidi attraverso le loro tubazioni e alla fine muoiono.

La morte di un edificio è molto spesso dovuta al cedimento del suo scheletro che è la STRUTTURA. Il libro espone chiaramente il comportamento strutturale di diversi tipi di costruzioni umane e alcune cause di

CROLLO STRUTTURALE.




1. il primo crollo STRUTTURALE


Risale all'antico testamento dove si narra del crollo della Torre di Babele attribuito a Dio stesso. Delle sette meraviglie del mondo, invece, solo una è rimasta ancora in piedi ai nostri giorni, le altre sono state distrutte da terremoti, saccheggi e vandalismo. Le piramidi d'Egitto però sono ancora in piedi nonostante siano state costruite 5000 anni fa. Vengono definite come montagne fabbricate dall'uomo e hanno un peso crescente dall'alto verso il basso. Tra le piramidi, quella di Medun è caduta perché costruita con un'angolazione troppo ardita, perché la fondazione poggiava su di un terreno sabbioso e a causa della disposizione orizzontale del rivestimento.



2. MIRACOLO SULLA TRENTAQUATTRESIMA STRADA


L'Empire State Building a New York è alto 381 metri. Il 28 luglio 1945, giornata di nebbia tra i grattacieli, un aereo urta l'edificio all'altezza del 79° piano, a 278 metri dal suolo facendo un buco di 5,5, m. X 6 m. nel muro esterno. Attraversa poi il muro opposto e il tetto di un altro edificio. L'aereo centrò esattamente il 79° piano.

n    RIDONDANZA intrinseca di una struttura intelaiata: la struttura si comporta come un millepiedi che può compensare la perdita di una gamba distribuendo il peso sulle altre.

n    SMORZAMENTO: movimento in avanti e in dietro e assestamento dell'edificio dopo l'impatto. Non c'è oscillazione continua.



3. IL PANTHEON STARÀ' IN PIEDI PER SEMPRE?


Da secoli l'uomo costruisce cupole, che si ritiene siano forme platoniche di perfezione ideale. Il Pantheon romano risale al 200 d.C.

Le cupole sono dette RESISTENTI PER FORMA: hanno stabilità grazie alla loro forma curva e continua e scaricano a terra il loro peso.

Gli ARCHI VERTICALI lavorano insieme. E' come se fosse un sistema di MERIDIANI E PARALLELI.


Cupole gonfiate:

nel 1417 F. Brunelleschi costruisce una cupola senza centinature. Con l'invenzione del cemento armato si dimostrano nel XX secolo le eccezionali proprietà delle superfici curve.

Le CUPOLE MODERNE sono anche dette CUPOLE A GUSCIO D'UOVO e sono delle cupole sottili di cemento.

D. Bini inventa un sistema di centinatura delle cupole con palloni gonfiabili detta

TECNOLOGIA DEI GUSCI DI BINI.

La più grande cupola mai costruita è la cupola doppia triangolare in cemento del CNIT a Parigi.


Il crollo della cupola del C.W.Post:

Era una costruzione importante e ardita, simbolo della nostra tecnologia. E' CROLLATA perché sottoprogettata con una teoria semplificata basata sull'ipotesi di carichi propri e accidentali uniformi Infatti un carico di neve spostato dal vento si era concentrato sulla parte di cupola sottovento. Era stata applicata alla struttura una teoria elementare delle MEMBRANE alle cupole reticolari sbagliata.

Attenzione allora ai METODI APPROSSIMATIVI DI PROGETTAZIONE !


Lo sconcertante crollo della cupola di Bucarest:

Nelle STRUTTURE RETICOLATE bisogna fare molta attenzione ai CARICHI che la struttura può sopportare e valutare quindi la DEFORMAZIONE LOCALE e quella COMPLESSIVA sotto il carico di punta. In questo caso L'INFLESSIONE DELLE CERCHIATURE è stata provocata dal risparmio sui materiali nella costruzione.



4. PER MANCANZA DI RIDONDANZA


n    Ridondanza strutturale: permette che i carichi siano sopportati in più di una maniera. E' necessaria in ogni struttura.

n    Tutti i crolli strutturali possono essere considerati come dovuti alla mancanza di ridondanza. Infatti nei due casi che vengono presentati il CROLLO A CATENA o PROGRESSIVO è stato la conseguenza di INSTABILITÀ' ELASTICHE locali.

n    EQUILIBRIO STABILE vs. INSTABILE di una struttura

n    INSTABILITÀ' ELASTICA: le caratteristiche delle strutture sono tali che



1) il carico raggiunge un VALORE CRITICO INCREMENTO DELLO SFORZO oppure 2) la sua RIGIDEZZA è minore di un valore critico INCREMENTO DELLA DEFORMAZIONE che portano ambedue al CROLLO DELLA STRUTTURA.


Il crollo improvviso del tetto della Kemper Arena:

Si trova a Kansas City. Il sistema strutturale era una copertura di calcestruzzo armato poggiata su telai d'acciaio sospesi tra enormi portali. Il crollo è avvenuto per accumulo d'acqua sul tetto. Infatti quando la struttura orizzontale del tetto è flessibile, la quantità d'acqua che si accumula nell'infossamento delle forme curve aumenta la DEFLESSIONE, che a sua volta accoglie più acqua, che provoca una maggiore deflessione, la quale, a sua volta permette un maggiore accumulo d'acqua.

n    RISTAGNO DEL TETTO ORIZZONTALE: dipende dalla rigidezza della struttura e del peso unitario g del liquido che su di esso si accumula: se g < 1, il tetto è instabile.

n    Se solo un connettore avesse ceduto per fatica del bullone, i connettori adiacenti, incapaci di portare lo sforzo aggiuntivo del connettore ceduto, avrebbero ceduto rigidamente in una azione a catena causata dalla MANCANZA DI RIDONDANZA.





Il crollo del tetto della Hartford arena:

Il tetto della arena era stato costruito come un RETICOLO SPAZIALE, una struttura consistente in griglie quadrate superiori con collegamenti o NODI. Il progetto aveva aspetti inusuali, l'assemblaggio del tetto venne fatto a terra. Il crollo fu causato da un CEDIMENTO PROGRESSIVO DEL TETTO.

Importanza da dare al FATTORE DI SICUREZZA DELLA NORMATIVA.



5. big bangs


La torre infernale:

A Londra crolla l'intero angolo di una torre di 22 piani. Erano strutture costruite con sistemi costituiti da pannelli orizzontali (SOLAI) poggiati su pannelli verticali (MURI). Le giunzioni tra i pannelli erano riempite di malta. La pressione orizzontale dell'Esplosione ha causato il CROLLO PROGRESSIVO dei pannelli secondo una continuità dei collegamenti negli edifici per la RIDONDANZA delle strutture. C'è stata nel crollo una RIDISTRIBUZIONE DEL CARICO.


Il big bang sulla Quarantacinquesima strada:

Avvenne a New York a causa della diffusione del gas dai serbatoi attraverso gli ascensori per tutto l'edificio.



6. IL GIORNO CHE LA TERRA TREMO'


n    terremoto

n   

SPINTA

SCIVOLAMENTO

SUBDUZIONE

 
La tettonica a zolle

LINEE DI FAGLIA Movimenti di



n    I peggiori terremoti


n    Il terremoto di Charleston e l'isolamento alla base:

Un terremoto provoca una spinta improvvisa alla base di una muratura di mattoni, questa a sua volta cerca di stare ferma per inerzia e non ha il tempo di flettersi.

Una FORZA DI TAGLIO cerca di far scivolare uno strato di mattoni su uno strato inferiore

FESSURAZIONI


n    isolamento alla base: i muri di cemento poggiati su colonne o travi di ferro sopravvissero quasi intatti perché avevano funzionato come ammortizzatori di vibrazioni orizzontali.


Liquefazione (su cosa stiamo in piedi?):

Il terreno cede completamente per LIQUEFAZIONE di terreni sabbiosi saturi che divengono improvvisamente liquidi.


Il pericolo di risonanza:

RIGIDEZZA laterale dell'intelaiatura


7. GALLOPING GERTIE


n    I PONTI SOSPESI consistono di solito di cavi principali appesi in configurazione parabolica a due torri e ancorati all'estremità in pesanti blocchi di calcestruzzo che resistono alla tensione dei cavi. L'impalcato su cui viaggiano gli automezzi è collegato a telai di irrigidimento o travatura che a loro volta sono appese ai cavi principali per mezzo di corde di sospensione.

n    OSCILLAZIONI e MOVIMENTI TORSIONALI: prima del cedimento sono una caratteristica comune a tutti i crolli di ponti sospesi

n    MOTO FLESSIONALE (GALLOPING) e MOTO TORSIONALE sono causati dal VENTO

n    LEGGE DELLA PIGRIZIA DELLA NATURA: la natura sceglie sempre il percorso di minor resistenza

n    Occorre prevenire i movimenti di torsione



8. QUANDO I MATERIALI SI AFFATICANO


Questo capitolo parla della FATICA o FESSURAZIONE DEI METALLI.


L'esplosione del Comet:

FATICA DEL METALLO: indebolimento del metallo soggetto a frequenti sforzi alternati di trazione e compressione. In prossimità del valore dello sforzo ultimo, i metalli non si comportano più ELASTICAMENTE, ma PLASTICAMENTE e rimangono deformati anche quando la sollecitazione viene meno.


Il cedimento del ponte di Point Pesant

E' avvenuto il cedimento di un solo occhiello di un singolo elemento della catena nord

EFFETTO LEVA sulle barre parallele e immediata duplicazione dello sforzo del rimanente occhiello.

Questo per la CORROSIONE DA SFORZO a causa dei cicli termici.



9. PASSAGGI PER L'ETERNITÀ'


Il crollo del ponte sul fiume Manus:

Era una struttura a più campate capace di portare più di centomila macchine al giorno. Costituito da due ponti adiacenti di tre corsie ciascuno. Crollato perché non c'era ridondanza: il cedimento di un singolo perno in questo sistema poteva causare il crollo della campata. La causa del crollo è stata il cedimento di un pezzo di fissaggio e della ruggine a cui si aggiunse la corrosione della superficie tra le piastre di sospensione ed il perno, che aumentarono lo sforzo del sistema.


La catastrofe del ponte di Schoharia:

Era un ponte a cinque campate in travature d'acciaio portanti un piano di calcestruzzo. Crollato per erosione sotto i pilastri del ponte.


La tragedia del ponte di Hatchia:

Causa del crollo l'erosione a cui si aggiunsero i movimenti del canale fluviale.

n    La responsabilità dei crolli è di solito dovuta a mancanze tecniche, mancanza di ridondanza delle strutture e mancanze umane.

10. LA DEBOLEZZA DI MADRE TERRA




Deboli  (LIQUEFAZIONE)

Duri

Insidiosi (argillosi)

 
I TERRENI sono dei pessimi materiali:





ASSESTAMENTI DIFFERENZIALI Possono avvenire in diversi punti di una zona e sono da mettere in conto quando si progetta un edificio.


Uno strano caso di assestamento gentile:

Si ha ASSESTAMENTO GENTILE del terreno quando avviene uno spostamento rigido su un terreno sabbioso omogeneo e di solito non provoca danni.


Il FLORIDA PANCAKE

Si usano delle palificazioni di legno, calcestruzzo o acciaio sia in strati sottili di terreno, sia in terreni profondi. Ma bisogna tener conto della variabilità delle caratteristiche del terreno anche negli strati profondi. Il fenomeno del FLORIDA PANCAKE venne scoperto con la scomparsa di uno dei pali in profondità.


La torre ha smesso di inclinarsi?

La torre di Pisa non è mai stata dritta a causa delle condizioni instabili del terreno sottostante e infatti continua ad inclinarsi.



11. VALLE DI LACRIME


Si parla di costruzioni per la raccolta di acqua e quindi di CROLLI di DIGHE.


La distruzione di Johnstown:

La diga crollò a causa della pressione dell'acqua non contrastata dalla struttura danneggiata in quanto erano state apportate alcune modifiche al progetto originario che invece avrebbe potuto contrastarla.


La tragedia di Melpasset: il primo crollo di una diga ad arco:

La diga si fessurò come un GUSCIO D'UOVO. Il cedimento dell'arco fu dovuto allo spostamento di una spalla a causa di un leggero spostamento dalla fondazione che ha quindi fessurato la diga.



12. UN CASTELLO DI CARTE


Edifici costruiti con la tecnica del LIFT-SLAB (SOLLEVAMENTO DELLE PIASTRE).

Questa tecnica ha bisogno di PARETI DI TAGLIO (in calcestruzzo ) per ottenere la stabilità laterale.

Fin tanto che le pareti di taglio non sono fissate definitivamente al loro posto, un edificio costruito con la tecnica del LIFT-SLAB è molto simile ad un castello di carte e quindi le lastre possono cadere una sull'altra provocando una reazione a catena.

L'esempio di crollo riportato in questo capitolo fu causato dal cedimento di un dispositivo di sollevamento.

13. DERMATOLOGIA STRUTTURALE


Problemi di pelle:

Va effettuata spesso l'ispezione delle facciate in mattoni per verificare la presenza di infiltrazioni che possono trovarsi non solo nelle facciate ma inoltre nei terrazzi, nei tetti e possono essere causa di seri danni strutturali in edifici con travi e pilastri d'acciaio.

CAPILLARITÀ': L'acqua penetra nelle fessure e raggiunge gli elementi strutturali attraverso fessure che possono essere sottili come un capello.

Prestare molta attenzione alle facciate ricoperte di pannelli fissati con dadi e bulloni che sono soggette ad infiltrazioni.

IMPERMEABILIZZAZIONE delle strutture.


Un costoso trapianto di pelle:

Amoco tower a Chicago costruita con elementi d'acciaio sagomati a forma di V (CHEVRONS).

Accadde che si flessero i pannelli di marmo che vennero poi sostituiti da pannelli in granito.


Cambio di pelle:

Anche a Rochester accade che si deformano i pannelli di marmo che si inflettono sotto l'azione del proprio peso.

Fenomeno del CREEP: INCURVAMENTO LENTO della struttura.

Possiamo proprio dire che non tutto ciò che luccica è necessariamente solido e stabile.


Quando succede di tutto:

A Boston, una struttura in telaio d'acciaio tradizionale rivestito di pannelli doppi di vetro. Crolla a causa degli scavi, del montaggio sulla torre e per le oscillazioni del vento:

EFFETTO P.DELTA: causato dall'azione del vento. Come il vento fa flettere l'edificio in una data direzione, il peso lo fa muovere nella stessa direzione e aggiunge la sua azione a quella del vento.



14. MORTE DI VECCHIAIA


Torri:

Gran parte delle torri comunali sono rimaste in piedi per quasi mille anni. Il crollo del campanile di San Marco a Venezia è avvenuto nel 1902, quello della Torre di Pavia nel 1989 a causa delle reazioni chimiche tra vecchia e nuova malta che hanno abbassato la resistenza a compressione della muratura. Si aggiunge inoltre l'inquinamento che ha accelerato l'indebolimento della resistenza a compressione delle pietre calcaree, la costruzione della cella campanaria, le scale scavate nella muratura della torre, le finestre e le aperture nei muri, il traffico e le conseguenti vibrazioni del terreno e un abbassamento della falda.


Le età delle costruzioni:

La vita di un edificio dipende molto dalla cultura che lo ha costruito.

Natura, tempo, incompetenza , follia umana e cupidigia cospirano a distruggere le strutture.






15. IL PEGGIORE DISASTRO STRUTTURALE DEGLI STATI UNITI


Avvenne a Hyatt-Regency, Kansas City. Si trattava di tre edifici collegati tra loro. Il crollo strutturale fu causato dalla caduta delle passerelle di collegamento dove si stava ballando nel corso di una festa.

VIBRAZIONI che avevano lo stesso ritmo, hanno provocato una RISONANZA CONTINUA capace di distruggere velocemente. Le barre singole sostenevano i pesi di entrambe le passerelle mentre le travi scatolari portavano solo il peso di ognuna delle passerelle, ma il progetto iniziale venne cambiato.



16. LA POLITICA DELLA DISTRUZIONE


La crescita delle città:

C'è una pressione molto forte del continuo aumento di popolazione e quindi si costruiscono edifici sempre più alti.


La sopravvivenza del tempio di Atene:

Il Partenone: c'è un interesse internazionale per salvarlo.


Pane, giochi, fede:

Il Colosseo detto anche Anfiteatro Flavio: la distruzione umana venne fermata dall'autorità di un Papa.


La guerra distruttrice della storia:

La seconda guerra mondiale causò molte distruzioni con i suoi bombardamenti.



17. LA STRUTTURA DELLA LEGGE


Ci sono in ogni paese delle leggi che regolamentano la responsabilità quando avvengono dei crolli strutturali.

Vengono presentate in questo capitolo due apparizioni in tribunale di Mario Salvatori.



18. CONCLUSIONE: SAREMO IN GRADO DI PREVENIRE CROLLI FUTURI?


I fattori fondamentali che influenzano ogni progetto strutturale sono:


a.   LE TEORIE STRUTTURALI

b.   LE TECNICHE DI CALCOLO

c. LE PROPRIETÀ' DEI MATERIALI

d. LE PROCEDURE DI COMUNICAZIONE

e. I FATTORI ECONOMICI.



Teorie strutturali:

Si rifanno alle leggi scoperte da Galileo e Newton.


Tecniche di calcolo

Oggi si usa moltissimo il computer nella progettazione strutturale che rende il calcolo molto più rapido e preciso.


Proprietà dei materiali:

Tra i materiali usati si è passati dal legno al cemento armato, poi all'acciaio e oggi ai componenti in fibra di carbonio.


Procedure di comunicazione:



I disegni oggi possono essere tracciati dal computer grazie alla TECNOLOGIA CADI


Fattori economici:

Riguardano il rapporto tra mano d'opera e costo dei materiali.



CONCLUSIONE:

Ogni cambiamento per il meglio che il libro ha cercato di prevedere per ognuno dei fattori che influenzano la progettazione strutturale sembra ridurre ma allo stesso tempo aumentare i pericoli di un crollo.

Possiamo però affermare che tutti i crolli strutturali possono essere attribuiti in gran parte all'ERRORE UMANO.





APPENDICI

APPENDICE A. CARICHI


MONDO DEI CARICHI

 
Buona parte dei crolli strutturali si possono attribuire all'ERRORE UMANO, in concerto con le forze o CARICHI che agiscono sulle strutture.


PESO PROPRIO: Per la legge di Newton, due corpi si attraggono con una forza proporzionata al prodotto delle loro masse diviso il quadrato della loro mutua distanza. Il PESO PROPRIO è il CARICO PERMANENTE, il peso cioè di tutto ciò che rimane sempre sul posto.

CARICHI ACCIDENTALI: comprendono il peso dei mobili, della gente, della merce, delle finiture, della neve ecc. I CARICHI ACCIDENTALI sono obbligatori (VALORI MINIMI).

CARICHI UNIFORMI: considerati come distribuiti uniformemente sulla superficie.

CARICHI DINAMICI:

A. CARICHI STATICI: crescono lentamente

B. CARICHI DINAMICI: come vento o terremoti, crescono rapidamente o improvvisamente. Un carico applicato dinamicamente può essere equivalente a due volte il suo valore statico.

C. CARICHI DI IMPATTO: applicati all'improvviso.

PERIODO FONDAMENTALE: Ogni struttura ha un suo tempo caratteristico di vibrazione.

FORZE RISONANTI: Le forze variabili possono avere effetti dinamici differenti se sono applicate in sincrono con il periodo della struttura.

CARICHI TERMICI: Dovuti alle variazioni di temperatura

Carichi di assestamento nascono da assestamenti differenziali del terreno

CARICHI DA TERREMOTO



APPENDICE B. SFORZI E DEFORMAZIONI


Le forze agenti su una struttura possono tirate (TRAZIONE) e comprimere (COMPRESSIONE) i suoi elementi.


DEFORMAZIONI DEL MATERIALE ALLUNGAMENTO

ACCORCIAMENTO


Le forze di un materiale in tensione o in compressione è misurata da quanto carico per unità di superficie esso può sopportare prima di rompersi, ciò viene definito come CARICO ULTIMO DEL MATERIALE.



APPENDICE C. MATERIALI STRUTTURALI


PROPRIETÀ' dei

MATERIALI

 
RESISTENZA SOTTO CARICO

ELASTICITÀ'

PLASTICITÀ'



Comportamento elastico lineare stress eccessivo deformazione permanente



YIELD POINT   (Punto di snervamento)





APPENDICE D. SISTEMI STRUTTURALI


Stabilità ed equilibrio:

LA STABILITA' è il primo requisito di ogni opera architettonica.

L'EQUILIBRIO comporta che ogni elemento dell'intera struttura deve essere in equilibrio in modo che la struttura stria insieme.


ELEMENTI

STRUTTURALI

 
BARRA A TRAZIONE: elemento dritto sottoposto a trazione (Cavi)

PUNTONE: elemento dritto sottoposto a compressione

PILASTRO: quando è verticale, trasferisce i carichi sul terreno

TRAVE: elemento dritto solitamente orizzontale, trasferisce orizzontalmente sui suoi appoggi i carichi verticali agenti su di essa.

TENDA: estensione bidimensionale di un cavo

MURO: estensione bidimensionale del pilastro.

CUPOLA: estensione tridimensionale, per rotazione attorno all'asse verticale che ne attraversa la sommità, di un arco sottile.

PIASTRA: estensione piatta, lungo le due direzioni, della trave.

TELAI: sono fatti teoricamente unendo insieme tiranti e puntoni per mezzo di CONNESSIONI A CERNIERA.

Reticoli spaziali: Una combinazione tridimensionale di telai paralleli con elementi diagonali che collegano i nodi dei correnti superiori di ogni telaio con i nodi dei correnti inferiori dei telai adiacenti.

INTELAIATURE: Piastre di solaio portate da travi, travi portate da pilastri, pilastri portati dalle fondazioni e fondazioni che poggiano sul terreno.

CUPOLE GUSCI SOTTILI

TENSOSTRUTTURE

FONDAZIONI: importantissime perché tutti i carichi devono essere sostenuti dal terreno.






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