Vibrazioni provocate dall’uomo sugli edifici: e cosa sono e come gli ingegneri le affrontano?

L’attività umana provoca vibrazioni, cosi tante vibrazioni che i
software di progettazione degli edifici devono tenere conto in fase
di analisi e di progettazione. Questo pensiero evoca immagini delle
nostre iconiche strutture a ponte che ondeggiano nel vento. Ma in
realtà, il “danno” causato dalle vibrazioni indotte
dall’uomo ha meno probabilità di rovinare una struttura e più
probabilità di causare disagio nelle persone!

Sebbene il rischio indotto dalle vibrazioni provocate
dall’attività umana non sia drammatico come quello di un cedimento
strutturale, ogni buon ingegnere vuole assicurarsi che le persone che
usano le strutture progettate da loro possano farlo in modo sicuro e
confortevole. Per questo motivo le vibrazioni indotte dall’uomo
devono essere considerate attentamente già nella fase di
progettazione.

Resonance vs fluttering

Le vibrazioni possono influenzare le strutture in una vasta gamma
di modi. Due dei modi principali sono la risonanza e le fluttuazioni
aeroelastiche.

Quando l’oggetto A vibra alla stessa frequenza naturale
dell’oggetto B, questo è noto come risonanza. Di conseguenza,
l’oggetto B “risuonerà” e inizierà anche a vibrare.

Per meglio comprendere il fenomeno, pensiamo a cosa accade quando
un tenore riesce a rompere un bicchiere in vetro senza toccarlo:
sebbene la persona che canta non tocchi il vetro, le vibrazioni della
sua voce risuonano con la frequenza naturale del vetro, facendo sì
che questa vibrazione diventi sempre più forte fino a rompere il
vetro.

Il flusso aeroelastico invece differisce leggermente. Asi ha un
effetto aeroelastico quando si applica una forza all’oggetto B,
provocandone la vibrazione. Non è necessariamente alla stessa
frequenza della vibrazione naturale dell’oggetto B, ma fa muovere
l’oggetto B allo stesso modo.

Quando un oggetto risuona, anche tecnicamente sta fluttuando. Ma
non tutto ciò che fluttua è necessariamente risonante. Questo è il
modo in cui si verificano confusioni su calamità come il crollo del
ponte di Tacoma – per lungo tempo e fino ad oggi l’evento viene
utilizzato come esempio di risonanza da manuale. Tuttavia, il crollo
del ponte non è stato causato dalla risonanza, ma dalle
fluttuazioni.

Gli ingegneri devono assicurarsi che i loro progetti riducano i
danni o il disagio causati da fluttuazioni o risonanze.

La struttura e gli utenti all’interno di un edificio possono infatti essere compromessi in caso di fluttuazioni o risonanza, azioni che possono avere una serie di impatti. Un esempio ormai famoso è il fenomeno registrato a Londra sul Millenium Bridge.

Il Millennium Bridge è uno dei più famosi esempi di risonanza
causata da vibrazioni e fluttuazioni indotte dall’uomo. Mentre la
gente attraversava il ponte, le vibrazioni e le oscillazioni
causavano oscillazioni nel ponte. Tutti quelli che attraversavano il
ponte ondeggiavano contemporaneamente allo stesso tempo per evitare
di cadere, provocando un ciclo di aumento e amplificazione
dell’effetto ondeggiante.

Come evitarlo

I design moderni che favoriscono lastre più sottili e una
maggiore spaziatura delle colonne tendono ad essere sensibili a tutte
le forme di vibrazione, sia indotte dall’uomo che in altro modo.
L’utilizzo del software di progettazione e analisi strutturale in
fase di progettazione è comunque un metodo efficace per gli
ingegneri per testare il calibro di un progetto e vedere le
vibrazioni risultanti.

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