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.