A cosa servono quei “ponti” che collegano i grattacieli Harumi Triton a Tokyo?

A Tokyo, in Giappone, è presente un importante complesso di edifici, con funzioni sia residenziali che pubbliche, chiamato Harumi Island Triton Square. Nel circondario, è evidente la presenza di tre grattacieli relativamente poco distanti tra loro, ma collegati in quota da quelle che possono sembrare "normali passerelle". In realtà, questi elementi sono parte essenziale di un particolare sistema di controllo delle vibrazioni che permette agli edifici di contrastare le oscillazioni causate da forti venti e limitare le accelerazioni eventualmente trasmesse ai residenti e agli utilizzatori.

Le torri di Harumi Island Triton Square e le passerelle per il vento

Realizzate nel 2001, rispettivamente chiamate X, Y, Z, le tre torri del complesso sono alte 195 m, 175 m e 155 m, distano tra loro circa 13 metri e delineano in maniera chiara il paesaggio locale. In pianta, la loro estensione è di approssimativamente 54 m² e sono collegate tra loro da due veri e propri "ponti", ad un'altezza da terra di circa 162,4 m (tra X e Y) e 138,4 m (tra Y e Z). Perché è necessario questo collegamento?

Sebbene possa sembrare un collegamento funzionale in quota tra le torri, queste passerelle fungono da dispositivi smorzanti e hanno quindi un fondamentale ruolo strutturale. Infatti, gli edifici mostravano in fase di progetto una forte suscettibilità alle azioni da vento: cioè, gli stessi esibivano – secondo i calcoli – forti vibrazioni per effetto degli importanti venti che interessano la zona. Queste vibrazioni, che si tramutavano anche in fastidiose accelerazioni ai vari piani degli edifici, rendevano il comfort abitativo scadente e comunque non rispettoso degli standard di progetto di riferimento. Per ovviare a questa problematica, venne studiato un sistema di connessione mutua tra gli edifici, le cui caratteristiche meccaniche fossero in grado di fornire alla struttura l'adeguato smorzamento necessario per contrastare le fastidiose accelerazioni. Non è una novità per il Giappone! Infatti, qui gli edifici integrano spesso dispositivi di controllo per migliorare la sicurezza strutturale nei confronti delle azioni eccezionali, specie per sisma ma anche per semplici azioni da vento. Ciononostante, il sistema di connessione mutua realizzato tra gli edifici era pioneristico per il tempo.

Il sistema di smorzamento attivo "condiviso"

Il sistema implementato controlla in modo "attivo" le vibrazioni, nel senso che il suo funzionamento è coadiuvato da dispositivi elettrici che cambiano la risposta del dispositivo a seconda di cosa sta accadendo alle strutture collegate. Questo avviene tramite diversi punti di misura e processing di dati, come si vede dalla figura seguente. Nella sostanza, il dispositivo meccanico che si attiva è composto da due elementi coassiali – collegati a due torri rispettivamente nei due estremi – che hanno la possibilità di scorrere tra loro in modo relativo. Lo scorrimento "libero" è consentito, ad esempio, quando ci sono forti terremoti: in questo caso, infatti, il sistema non svolge alcuna funzione strutturale e consente completa libertà di movimento ai tre edifici singolarmente. Nel caso di forti venti che potrebbero compromettere il comfort abitativo, il sistema si attiva e limita gli spostamenti relativi tra gli edifici, dissipando parte delle azioni trasmesse tra gli stessi e riducendo così le vibrazioni degli edifici.

Questa tipologia di sistema, detto "shared" – cioè condiviso – è stato studiato e proposto, tra i primi, dal Prof. Kunieda nel 1976. Il sistema implementato in questi edifici fu battezzato con il nome di active-damping bridge, in quanto lo stesso emula appunto un ponte tra gli edifici, ma nella sostanza non permette alcun collegamento funzionale tra gli stessi! Il progetto, e la sua successiva realizzazione, rappresentarono la prima applicazione al mondo di sistemi di controllo attivo delle vibrazioni mediante connessione mutua di più edifici.

Alcuni risultati delle misurazioni eseguite

A valle dell'effettivo montaggio di questi dispositivi, furono eseguite differenti misure e analisi per saggiare l'effettiva capacità del sistema di smorzare le vibrazioni attese e di migliorare dunque il comfort abitativo in condizioni meteorologiche non estreme. I risultati di questi studi, riassunti qui dalla figura riportata in basso, mostrano la risposta della struttura tramite un grafico che mette in relazione l'ampiezza dei picchi di risposta dell'edificio con e senza controllo attivo delle vibrazioni. Senza entrare troppo nei tecnicismi, possiamo fare la seguente osservazione: le curve tratteggiate (sistema senza controllo delle vibrazioni) mostrano dei picchi di ampiezza di 3 circa. Quando il sistema di controllo attivo delle vibrazioni interviene, curve continue, questi picchi scendono vertiginosamente fino anche a dimezzarsi rispetto ai valori iniziali. Questa importante discesa del picco rappresenta lo smorzamento introdotto dal sistema e il grafico ne quantifica in modo immediato la sua efficacia.

I benefici del collegamento tra edifici

La connessione strutturale tra edifici è una tecnica utilizzata in tutto il mondo, anche e soprattutto per massimizzare l'utilizzo degli spazi a disposizione in ottica di nuove costruzioni. La connessione controllata garantisce maggiore sicurezza anche nei confronti di eventi sismici: avere edifici tra loro molto vicini e non collegati in modo ragionato può essere deleterio, in quanto per effetto di oscillazioni in controfase, gli edifici possono "martellare" l'un l'altro e danneggiarsi a vicenda, fino anche a collassare.

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