Pancake e Dominio: il collasso progressivo delle strutture

Pancake e Dominio: il collasso progressivo delle strutture

collasso progressivo

Il collasso progressivo delle strutture è caratterizzato da una sproporzione delle dimensioni tra un evento scatenante e il conseguente collasso. Sebbene la sproporzione tra causa ed effetto sia una definizione e comune caratteristica, ci sono vari meccanismi differenti che producono un tale risultato.

Con il termine propagazione azione ci si riferisce alla stessa che risulta dal fallimento di un elemento strutturale che porta a loro volta al fallimento di ulteriori elementi.

Secondo Starossek.U (2007) sono previsti sei tipologie di collasso progressivo ognuno caratteristico di una tipologia strutturale.

Le sei tipologie, di meccanismo di collasso progressivo, sono:

  1. pancake
  2. domino
  3. zipper
  4. section
  5. instability
  6. mixed

Ciascuna tipologia di collasso si presenta con una cinematica e dinamica del meccanismo diversa in funzione dei vari meccanismi resistenti duttili o fragili, dei percorsi di carico alternativi dipendenti dalla massima energia di deformazione per l’attivazione.

Analizziamo nel dettaglio i tipi pancake e domino.

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Collasso progressivo delle strutture: tipo pancake

Questo tipo di collasso è un fallimento sequenziale, le cui caratteristiche sono:

  • la separazione di elementi strutturali;
  • il rilascio di energia potenziale e il verificarsi di impatto con nascite di forze impulsive;
  • l’energia potenziale degli elementi in caduta può superare di gran lunga l’energia di deformazione immagazzinata e dipende dalle dimensioni degli elementi.

Il crollo delle torri del WTC di New York (Fig.1) nel settembre 2001 ne è un esempio tipico di collasso. Il fallimento di uno o più elementi strutturali era limitato ma si è progressivamente esteso per tutta l’altezza della torre.

Collasso progressivo

Fig.1_Collasso Torri Gemelle 11 settembre 2001_©Afp/BETH A. KEISER/Getty Images

L’energia potenziale della parte superiore degli elementi collassati si è trasformata in energia cinetica che si è trasformata in una forza di impatto di gran lunga superiore alla capacità di resistenza dei piani inferiori che ha portato al collasso totale verticale della torre.

La cinematica e dinamica di tale meccanismo di collasso è la seguente:

  • rottura iniziale di uno o più elementi portanti verticali;
  • separazione completa degli elementi strutturali sovrastanti con caduta in direzione verticale.
  • conversione dell’energia potenziale in energia cinetica fino alla caduta;
  • impatto degli elementi in caduta verticale sulla struttura sottostante non ancora danneggiata;
  • collasso di altri elementi portanti verticali dovute alle elevate forze di compressione assiali generate dalle azioni di impatto;
  • crollo o collasso progressivo in direzione verticale di tutta o della parte di struttura interessata dall’evento iniziale.

Le fasi principali del collasso di tipo pancake (Fig.2) sono:

a) il fallimento iniziale di una colonna;

b) trasformazione delle strutture collassate (colonna ed elementi separati sovrastanti) di energia potenziale in energia cinetica;

c) sovraccarico elevato sulla struttura sottostante alla colonna collassata per fenomeno di impatto;

d) la progressione del collasso in direzione verticale di tipo parziale o totale della struttura.

collasso progressivo

Fig.2_Starossek U (2007). Typology of progressive collapse. Engineering Structures, 29(9): 2302–2307

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Collasso progressivo delle strutture: tipo domino

Una fila di colonne appartenenti ad un livello collassa con effetto domino in una reazione a catena per effetto di una elevata azione orizzontale provocata dal fallimento della colonna centrale. Le caratteristiche di questo collasso sono il ribaltamento del singolo elemento e degli elementi successivi dovuti alla propagazione delle forze orizzontali che non sono parallele alle normali forze principali che sono normalmente verticali.

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

  • ribaltamento iniziale di un elemento dopo il fallimento della colonna;
  • caduta di quell’elemento tramite rotazione angolare attorno al bordo inferiore;
  • conversione di energia: energia potenziale gravitazionale in energia cinetica;
  • impatto laterale del bordo superiore dell’elemento di ribaltamento sulla faccia laterale dell’elemento adiacente;
  • la spinta orizzontale trasmessa dall’impatto sia di origine statica e dinamica;
  • ribaltamento degli elementi adiacenti a causa della forza di spinta orizzontale degli elementi di impatto successivi;
  • collasso progressivo nella direzione di ribaltamento.

Le fasi principali del collasso di tipo domino (Fig.3) sono:

a) il fallimento iniziale di una colonna e il caricamento delle colonne adiacenti;

b) collasso delle colonne adiacenti per ribaltamento ed impatto e ricarico delle successive;

c) collasso progressivo in direzione orizzontale per ribaltamento del piano.

Collasso progressivo

Fig.3_Starossek U (2007). Typology of progressive collapse. Engineering Structures, 29(9): 2302–2307

La caratteristica di un collasso di tipo domino è il ribaltamento iniziale di un elemento, con il capovolgimento inaspettato degli elementi coinvolti accanto al primo elemento danneggiato della struttura, se gli elementi che sono stati colpiti perdono la loro stabilità, il fallimento evolve in direzione orizzontale come collasso progressivo.

Scopri di più anche sul collasso di tipo zipper e section

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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