In quest’articolo ti parlo del Taipei 101, un grattacielo dotato di un particolare dispositivo per la protezione dalle azioni orizzontali generate da eventi sismici o forti raffiche di vento: un’enorme sfera d’acciaio collocata alla sommità della struttura. Tecnicamente questo sistema viene chiamato tuned mass damper.
Nel seguito dell’articolo vedremo cos’è un tuned mass damper (spesso abbreviato in TMD), come protegge le strutture dagli eventi sismici e quali sono le particolarità del TMD realizzato per il Taipei 101. Nel corso dell’articolo potrai visualizzare un video che mostra, mediante animazioni, il principio di funzionamento di questo dispositivo. Buona lettura.
Taipei 101: 508 metri di altezza per 101 piani.
Il Taipei 101 si trova a Taiwan, nella città di Taipei, è dotato di 101 piani, da cui deriva il suo nome, e la sua altezza raggiunge i 508 metri. E’ stato il grattacielo più alto del mondo fino al 2008, anno in cui tale primato è passato al Burj Khalifa negli Emirati Arabi Uniti.
L’architettura del Taipei 101 richiama i principali simboli della cultura Taiwanese. L’edificio è costituito da 8 moduli di forma tronco-piramidale che si ripetono in altezza, ricordando la forma di un tronco di bambù, una pianta molto diffusa a Taiwan e simbolo della cultura locale. Alla base del grattacielo ci sono quattro grosse monete, una su ogni lato, che richiamano simboli taiwanesi di felicità e gli spigoli dell’edificio sono ornati con draghi d’acciaio.
Taipei 101: una sfera d’acciaio per proteggersi dal sisma
La grande particolarità di questo grattacielo, dal punto di vista strutturale, si trova alla sua sommità, tra l’87° e il 92° piano: un’enorme sfera di acciaio dal diametro di 5.5 metri, costituita da 41 dischi sovrapposti di diametro variabile e dall’incredibile peso di 660 tonnellate (l’equivalente del peso di due aerei Boeing 747). La sfera è sospesa a dei cavi in acciaio collegati alla struttura. Si tratta del più grande tuned mass damper del mondo.
Puoi vedere uno schema del sistema nell’immagine sottostante.
Come funziona un tuned mass damper
A cosa servono 660 tonnellate di peso collocate alla sommità di questo grattacielo? La loro funzione è quella di smorzare l’ampiezza delle oscillazioni della struttura. Tali oscillazioni sono generate da due fattori:
- il sisma che in quelle zone raggiunge valori di magnitudo molto elevati;
- Il vento che a 500 metri di altezza può raggiungere la velocità di 200 km/h.
Le forti raffiche di vento producono delle oscillazioni del Taipei 101 in senso ortogonale alla direzione del vento. In caso di sisma invece le oscillazioni sono generate dalle accelerazioni impresse alla base della struttura dal moto del suolo.
La funzione del tuned mass damper, definito anche come smorzatore a massa accordata, è quella di smorzare l’ampiezza delle oscillazioni generate da vento e sisma, riducendo le sollecitazioni sulla struttura ed evitando danni strutturali. Il dispositivo riduce anche le oscillazioni che si verificano durante il normale esercizio, aumentando il comfort degli occupanti.
Il principio di funzionamento del tuned mass damper è semplice. La massa della sfera di acciaio sospesa, grazie alla sua inerzia, oscilla in controfase rispetto alla struttura, opponendosi allo spostamento della sommità del grattacielo, contrastandolo attraverso dei pistoni idraulici di collegamento che dissipano l’energia in ingresso derivante dal sisma o dal vento.
Quando a causa di una raffica di vento la sommità del Taipei 101 si sposta in una direzione, la massa dello smorzatore si opporrà a tale spostamento, oscillando nel verso opposto. Un osservatore all’interno del grattacielo avrà la sensazione che sia la sfera a muoversi nel verso opposto a quello in cui oscilla la sommità del grattacielo.
Durante lo spostamento relativo fra sfera e grattacielo, si azionano i pistoni idraulici che, comprimendosi ed allungandosi, dissipano l’energia in ingresso, riducendo l’ampiezza delle oscillazioni.
Ovviamente per far sì che la sfera oscilli in controfase, la massa della sfera deve essere accuratamente progettata. Per questo motivo questo dispositivo viene definito “a massa accordata“. Se la massa non fosse correttamente proporzionata potrebbe oscillare in fase e non in controfase rispetto alla struttura, ottenendo un effetto opposto a quello desiderato, ovvero un’amplificazione dell’ampiezza delle oscillazioni.
Tuned mass damper: l’animazione del funzionamento. Guarda il video
Ti propongo di seguito un video esplicativo sul principio di funzionamento del tuned mass damper tratto dal canale YouTube del blog. Clicca sul tasto play per guardare il video.
Taipei 101: il tuned mass damper come attrazione turistica
A differenza di molti altri grattacieli dotati di un tuned mass damper, i progettisti del Taipei 101 hanno scelto di non nascondere questo dispositivo come spesso accade, bensì di metterlo in mostra e proporlo come attrazione turistica. I locali in cui è collocato il tuned mass damper del Taipei 101 sono aperti al pubblico e visitabili.
Un visitatore che si troverà all’87° piano del Taipei 101 potrà vedere l’enorme sfera d’acciaio oscillare con un’ampiezza che va da un minimo di 1 centimetro fino ad un massimo di un metro e mezzo in caso di vento eccezionale o di un evento sismico. Uno spettacolo incredibile!
Sei curioso di vedere il tuned mass dumper del Taipei 101 in azione? Eccoti accontentato, trovi un video qui sotto girato da un turista. I visitatori si sono trovati nel bel mezzo di un terremoto, ma grazie al tuned mass damper il Taipei 101 non ha riportato alcun danno. Ti consiglio di saltare al minuto 0:45 e di tenere l’audio attivo. Buona visione.
Il tuned mass damper del Taipei 101 in azione: guarda il video
Conclusioni
Uno smorzatore a massa accordata è un dispositivo di protezione dall’effetto delle azioni orizzontali e ha il compito di ridurre l’ampiezza delle oscillazioni di una struttura causate dal vento o dal sisma. Numerose strutture nel mondo sono dotate di questo dispositivo, anche se nascosto e non messo in mostra come accade nel Taipei 101.
Il tuned mass damper non viene utilizzato solo per le strutture di grande altezza, ma anche per i ponti, come ad esempio l’Infinity Bridge, un ponte realizzato nel Regno Unito in località Stockton-on-Tees. Questo ponte è dotato di sette tuned mass damper collocati sotto le campate per controllare e ridurre le oscillazioni orizzontali e verticali. Ti riporto di seguito una foto del ponte e dello smorzatore.
E tu conosci altre strutture in Italia o nel mondo dotate di un tuned mass damper? Fammelo sapere lasciando un commento qui sotto. Sono curioso di saperlo.
Al prossimo articolo.
Marco
Ultimo aggiornamento: 14/6/2021, pubblicato il 7/9/2015.
Pingback:Burj Khalifa: sul tetto del mondo a 828 metri di altezza