Collassi progressivi Zipper e Section: quando si verificano?

Collassi progressivi Zipper e Section: quando si verificano?

Nel precedente articolo dedicato al collasso progressivo delle strutture ci siamo dedicati all’approfondimento delle tipologie pancake e domino.

L’attenzione dell’opinione pubblica nei confronti del collasso progressivo è andata crescendo a seguito di alcuni tra i più importanti crolli disastrosi. Si ricorda a livello internazionale, il Ronan Point (Londra, 1968), Murrah Federal Building (Oklahoma, 1995), il World Trade Center di New York nel 2001.

In Italia il comportamento in fase post-collasso di edifici in c.a. improvvisamente crollati nell’arco di pochi anni (a Palermo, Foggia e Roma nel 1999, a Napoli giugno 2001) ha richiamato l’attenzione di tutta la comunità scientifica sulla possibilità di evitare collassi progressivi conseguenti a cedimenti di elementi strutturali importanti, ma inizialmente localizzati e circoscritti.

Oltre alle nuove NTC, in vigore dal 22 marzo 2018 che al § 2.2.5 suggeriscono diverse strategie di progettazione cui fare riferimento per garantire un adeguato livello di robustezza, in funzione dell’uso previsto dalla costruzione, fondamentale è il documento pubblicato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche il 23 Ottobre 2018: CNR-DT 214-2018 “Istruzioni per la valutazione della robustezza delle costruzioni”.

Vediamo in questo articolo le caratteristiche delle tipologie Zipper e Section.

Collassi progressivi tipo Zipper

Per quanto riguarda la modalità Zipper, la perdita di un singolo elemento portante verticale ridistribuisce la forza agli altri elementi situati trasversalmente alla direzione di rottura, come mostrato in figura 1. Se la resistenza di tali elementi rimanenti viene superata, a causa dell’extra carico o del suo carattere dinamico, la rottura si propagherà con il collasso trasversale di tutte le colonne del piano.

Nel caso dei ponti strallati o sospesi questo tipo di collasso inizia con la rottura di un cavo il quale ricarica con forze elevate i cavi adiacenti propagandone la rottura. Le caratteristiche di questo tipo di collasso sono dovute principalmente:

  • ridistribuzione dei carichi tramite l’attivazione di percorsi alternativi;
  • la natura impulsiva di tali carichi dovuti a rotture improvvise degli elementi cavo;
  • la concentrazione di forze statiche e dinamiche nei cavi adiacenti con possibile collasso (Starrosek, 2009).

Un tipico collasso è il crollo del ponte sospeso Tacoma Narrows Bridge, dove il forte vento ha causato la distruzione della campata centrale del ponte. Il crollo è dovuto ad un errore progettuale.

Il ponte progettato correttamente per l’azione di carichi statici, incluso il vento, ma trascurandone l’effetto aerodinamico di quest’ultimo che ha provocato un’instabilità aeroelastica. La rottura dei cavi (ganci di connessione) della campata centrale portava espansioni laterali lente e l’oscillazione dei piloni provocandone un effetto pendente. Dopo che i primi ganci dei cavi del ponte si sono spezzati a causa delle vibrazioni indotte dal vento della trave del ponte, l’intera trave si staccò e cadde.

La forza d’impatto non si verifica in genere in questo tipo di collasso come nel pancake.

La cinematica e dinamica del meccanismo di collasso, tipo zipper, è la seguente:

  • rottura iniziale di uno o pochi elementi portanti verticali;
  • ridistribuzione dei carichi agli elementi adiacenti non ancora collassati;
  • carico dinamico impulsivo su tali elementi dovuto alla repentinità del collasso iniziale e alla ridistribuzione dei carichi;
  • risposta dinamica della struttura rimanente al carico dinamico impulsivo;
  • concentrazione di forze negli elementi portanti verticali adiacenti all’elemento collassato inizialmente non collaboranti a causa della risposta strutturale statica e dinamica combinata all’evento iniziale;
  • sovraccarico e collasso di tali elementi;
  • progressione del collasso in una direzione trasversale alle forze principali negli elementi falliti inizialmente.
Collassi progressivi

Fig.1_Starossek U (2007). Typology of progressive collapse. Engineering Structures, 29(9): 2302–2307.

Le fasi principali del collasso di tipo zipper sono:

  • a) il fallimento iniziale di una colonna;
  • b) aumento del carico (o ricarico) delle colonne più vicine;
  • c) sovraccarico delle colonne con conseguente progressione del fallimento in direzione trasversale.

Anche per questo tipo di collasso, il fallimento degli elementi può essere collegato a qualsiasi modalità di guasto locale, che contiene l’instabilità.

Leggi anche: Collaudatore e progettista collasso. Sono entrambi responsabili?

Collassi progressivi tipo Section

Nel collasso type-section viene presa in considerazione un elemento sollecitato da un momento flettente o azione assiale. Quando una parte della sezione trasversale corrispondente viene tagliata, le forze interne trasmesse da quella parte vengono ridistribuite nella rimanente sezione trasversale.

Il corrispondente aumento dello stress in alcuni punti può comportare la rottura di ulteriori parti trasversali e una progressione del fallimento lungo l’intera sezione trasversale e dell’elemento.

In dettaglio la sequenza di rotture o collassi prevede:

  1. rottura iniziale o taglio di una parte della sezione trasversale in uno o più elementi (travi, colonne, muri, ecc.);
  2. ridistribuzione delle tensioni in tutta la sezione trasversale residua degli elementi danneggiati;
  3. propagazione del danno nelle sezioni trasversali residue contigue;
  4. ridistribuzione delle forze interne nella struttura rimanente e progressione del danno tipo di sezione fino al collasso parziale o totale degli elementi;

Le caratteristiche e il meccanismo di questo tipo di collasso sono simili al tipo Zipper-type collapse, con la sostituzione di alcuni termini descrittivi del meccanismo dove, invece di un termine come “elemento” o “struttura rimanente” si sostituisce o si usa “parte della sezione trasversale” e “restante sezione trasversale”.

Il testo è tratto dall’e-book “La robustezza strutturale delle costruzioni e delle infrastrutture” di Matteo Felitti e Francesco Oliveto.

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