The Structural Engineer's Corner

Eng. Onorio Francesco Salvatore

Sovrappressioni limite per il collasso degli edifici, probabilità di sopravvivenza e casi di studio

Written By: Francesco Salvatore Onorio - Apr• 10•11

Gli effetti delle esplosioni sugli edifici nel corso dell’ultimo decennio hanno avuto scarsa considerazione nella progettazione civile. Al contrario, negli anni della Guerra Fredda tale argomento veniva guardato con particolare interesse dal Governo degli Stati Uniti d’America. In tale periodo, furono portati avanti degli studi a partire da quanto già scoperto in Inghilterra durante la Seconda Guerra Mondiale sul tema delle esplosioni (in particolare, gli inglesi si interessarono alle mine interrate, con studi che a loro volta presero le basi da quanto già conoscevano i minatori).

Mentre negli Stati Uniti la questione ha continuato ad avere un particolare interesse (anche a causa dei vari episodi terroristici, come ad esempio l’esplosione del Murrah Federal Building di Oklahoma City avvenuta nel 1995), in Europa e nella restante parte del mondo gli studi non sono andati molto avanti.

Oggi sembra che stia nascendo un nuovo interesse per l’argomento, probabilmente per l’intensa attività costruttiva che i paesi ricchi del mondo stanno portando avanti in contesti disagiati e politicamente instabili. Costruire un edificio nella periferia parigina presuppone un approccio diverso rispetto allo stesso edificio costruito in Libia o Nigeria.

Torniamo agli americani, in quanto negli anni ’70 fu portata avanti una vasta campagna di studi e test per cercare di comprendere al meglio la risposta delle costruzioni nei confronti delle esplosioni. Il risultato, ottenuto da E. E. Pickering e J. L. Bockholt viene riportato in questo articolo.

Ma facciamo una piccola introduzione all’argomento, sebbene di questo argomento si sia già parlato in passato fornendo anche le relazioni analitiche.

Quando un’onda d’urto si abbatte su un ostacolo non rigido, quale ad esempio un edificio, tale onda viene riflessa dalle superfici. Nell’istante in cui l’onda colpisce un muro, esso viene accelerato e continua ad accelerare finché vi è pressione sulla sua superficie. Inizialmente, la deformazione è elastica, così che se la pressione non è sufficiente oppure se la durata della fase positiva è breve, non si hanno deformazioni permanenti. Al contrario, se l’intensità dell’esplosione è sufficiente, il muro si deforma in maniera anelastica e soffre di spostamenti permanenti. Se poi lo spostamento è superiore all’ammontare critico, allora il muro collassa.

Ciò che può essere interessante allora è catalogare le diverse tipologie di edifici in funzione della sovrappressione in campo libero (per capire cosa si intende per campo libero si faccia riferimento agli articoli precedenti). Questo fu l’obbiettivo dei due studiosi citati, ovvero per ogni tipologia di edificio individuare una certa intensità critica ed i relativi danni conseguenti. La catalogazione può essere usata a mo’ di abaco, ovvero per ogni tipologia di edificio possiamo individuare la corrispondente soglia minima di resistenza da garantire.

I risultati sono riassunti di seguito:

1________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati per civile abitazione ad un solo piano, con o senza cantina;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 2120 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti.

 

2________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici in muratura per civile abitazione ad un solo piano, con o senza cantina;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 2920 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti.

 

3________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati per civile abitazione a due o tre piani, case a schiera, motel, ecc, con o senza cantina;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 2190 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti.

 

4________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici in muratura per civile abitazione di due o tre piani, appartamenti, motel, ecc, con o senza cantina;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 2920 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti.

 

5________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici con uno o due piani adibiti ad attività commerciale e piccoli negozi in muratura portante;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 3580 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti.

 

6________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici in muratura portante aventi dai due ai quattro piani con destinazione d’uso commerciale, residenziale o uffici;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 3650 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti.

 

7________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in acciaio destinati ad ospitare appartamenti (dai due ai dieci piani) aventi chiusure d’ambito pesanti;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 7450 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

8________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in acciaio destinati ad ospitare appartamenti (dai due ai dieci piani) aventi chiusure d’ambito leggere;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 4970 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

9________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in cemento armato destinati ad ospitare appartamenti (dai quattro ai dieci piani) aventi chiusure d’ambito pesanti;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 7310 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

10________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in cemento armato destinati ad ospitare appartamenti (dai quattro ai dieci piani) aventi chiusure d’ambito leggere;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 4970 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

11________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in acciaio destinati ad ospitare uffici (dai quattro ai dieci piani) aventi chiusure d’ambito pesanti;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 7600 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

12________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in acciaio destinati ad ospitare uffici (dai quattro ai dieci piani) aventi chiusure d’ambito leggere;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 5850 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

13________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in cemento armato destinati ad ospitare uffici (dai quattro ai dieci piani) aventi chiusure d’ambito pesanti;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 7450 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

14________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in cemento armato destinati ad ospitare uffici (dai quattro ai dieci piani) aventi chiusure d’ambito leggere;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 5850 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

15________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in acciaio destinati ad ospitare uffici (con più di dieci piani) aventi chiusure d’ambito pesanti;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 7450 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

16________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in acciaio destinati ad ospitare uffici (con più di dieci piani) aventi chiusure d’ambito leggere;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 4970 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

17________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in cemento armato destinati ad ospitare uffici (con più di dieci piani) aventi chiusure d’ambito pesanti;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 8770 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

18________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici intelaiati in cemento armato destinati ad ospitare uffici (con più di dieci piani) aventi chiusure d’ambito leggere;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 4750 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Esplosione delle pareti esterne e delle partizioni interne. Deformazioni notevoli dell’intelaiatura. Deformazioni notevoli del nucleo centrale.

 

19________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifico in muratura portante ad un solo piano (come scuole, librerie, ecc);

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 3360 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti.

 

20________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici di tipo monumentale in muratura portante, dai due ai quattro piani;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 7890 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti esterne.

 

21________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici di tipo industriale in muratura portante, ad un solo piano;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 2780 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Crollo del tetto, deformazioni notevoli, crollo delle pareti esterne.

 

22________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici di tipo industriale con intelaiatura leggera di acciaio, ad un solo piano;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 4680 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Collasso dell’intelaiatura strutturale.

 

23________________________________

TIPO DI EDIFICIO: Edifici di tipo industriale con intelaiatura pesantedi acciaio, ad un solo piano;

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 7310 kg/m²;

DANNI CONSEGUENTI: Collasso dell’intelaiatura strutturale.

 

 

Gli studi non sono finiti qui, in quanto il Dipartimento di Protezione Civile degli Stati Uniti cercò di individuare anche la probabilità di sopravvivenza da parte degli occupanti in caso di esplosione.

Diciamo anzitutto cosa accade in caso di esplosione: gli occupanti vengono investiti dall’onda d’urto e trasportati nella direzione del moto fino ad impattare contro le superfici interne, contro i detriti delle distruzioni, contro le partizioni, impianti, ecc. In altri casi può accadere che si abbia trasporto verso l’esterno dell’edificio, terminando la propria corsa sul suolo esterno.

Il quantitativo di vittime ed i danni riportati dipendono dal tipo di edificio, dall’arma utilizzata per l’esplosione e dalla distanza dell’esplosivo dalla costruzione (tutti concetti che abbiamo imparato essere alla base del problema, come visto negli articoli precedenti).

Veniamo agli studi appena citati, in quanto ad occuparsene fu A. Longinov del Dipartimento di Protezione Civile degli Stati Uniti nel 1979. Per edifici intelaiati in cemento armato o acciaio fino a quattro piani, aventi chiusure d’ambito leggere (come ad esempio grandi pareti vetrate, facciate continue di tipo curtain walls, ecc) e soggetti ad una grande esplosione si ottennero i seguenti risultati:

 

1________________________________

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 8040 kg/m²;

PROBABILITA’ DI SOPRAVVIVENZA: 10%.

 

2________________________________

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 5120 kg/m²;

PROBABILITA’ DI SOPRAVVIVENZA: 50%.

 

3________________________________

SOVRAPPRESSIONE IN CAMPO LIBERO LIMITE: 3650 kg/m²;

PROBABILITA’ DI SOPRAVVIVENZA: 90%.

 

 

 

Qui di seguito riportiamo alcuni casi di edifici che hanno subito esplosioni.

 

1RONAN POINT – GRAN BRETAGNA

Il Ronan Point era una torre di 23 piani locata a Newham, nella parte orientale di Londra. L’edificio subì un collasso parziale dovuto ad un’esplosione da gas naturale avvenuta il 16 maggio 1968.
La costruzione iniziò nel 1966 e fu portata a termine il giorno 11 marzo del 1968. Crollò parzialmente poco dopo. Fu poi demolito definitivamente nel 1986, venendo smantellato pezzo per pezzo. Successivamente, si scoprì che il Ronan Point non fu costruito in maniera adeguata e la sua integrità strutturale fu compromessa.

 

2MURRAH FEDERAL BUILDING – OKLAHOMA CITY – USA

 

Il Murrah Federal Building era un edificio di Oklahoma City che subì un attacco terroristico il 19 aprile 1995. Fu il più grande attacco terroristico sul suono americano fino all’11 settembre del 2011. L’esplosione causò 168 morti, tra cui 19 bambini di età inferiore ai 6 anni, e 680 feriti. Ulteriori conseguenze furono il danneggiamento di 324 edifici vicini, l’esplosione delle facciate vetrate di altri 258 edifici e la distruzione di 86 automobili. Il danno totale ammontò a circa 652 milioni di dollari. La durata totale delle esplosioni fu di 90 minuti.
L’esplosione fu causata da un camion contenente 2200 kg di materiale esplosivo. Ovviamente, anche in quel caso non mancarono le teorie cospiratrici più disparate, come quelle che volevano l’allora Presidente Bill Clinton coinvolto. Come ha ben insegnato l’11 settembre 2001, infatti, alla folle immaginazione delle persone non c’è limite.

 

Per leggere gli articoli precedenti sull’argomento esplosioni sulle strutture, cliccare sui link seguenti:

Le esplosioni ed i loro effetti sulle strutture – parte I – nozioni e relazioni di base;

Le esplosioni ed i loro effetti sulle strutture – parte II – la conversione in TNT equivalente.

 

 

Per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare l’autore a:

onorio@strutturista.com

Ing. Onorio Francesco Salvatore

 

You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *