Perché il grattacielo di 37 piani a Manhattan è a rischio cedimento: il problema nell’ex sede Pfizer

Il grattacielo situato al civico 235 di East 42nd Street a Manhattan, ex sede centrale di Pfizer, ha recentemente subito importanti danneggiamenti strutturali indotti – presumibilmente – dai lavori di riconversione architettonico-funzionale in corso. Alcune colonne portanti in acciaio hanno raggiunto una condizione di instabilità dell'equilibrio, ossia il loro massimo carico assiale sopportabile. A seguito del raggiungimento di questo stato limite, le colonne hanno manifestato importanti deformazioni flessionali, con conseguente cedimento dei solai soprastanti. Attualmente, l'edificio e gli isolati circostanti sono stati evacuati in via precauzionale, insieme ad altri palazzi dei dintorni, con il traffico bloccato nelle strade adiacenti, e sono in corso rilievi e accertamenti tecnici per chiarire le dinamiche. In questo articolo, spieghiamo dal punto di vista tecnico e ingegneristico il fenomeno di instabilità che ha coinvolto le colonne collassate.

Cosa è successo al palazzo di New York: la dinamica dell’evento

Il grattacielo in esame è una torre di 37 piani, con struttura portante in acciaio e involucro esterno a facciata continua (curtain wall). Il progetto in corso prevede la riconversione dell’edificio da uso direzionale (uffici) a residenziale, con la realizzazione di oltre 1.600 appartamenti. L’intervento avrebbe previsto l’aggiunta di nuovi livelli in sommità e l’ampliamento del volume superiore. Le autorità cittadine e il New York Fire Department (FDNY) hanno confermato che il collasso ha interessato due colonne principali tra il 21° e il 22° piano, provocando il conseguente cedimento dei solai fino al 26° livello. In sintesi, questi pilastri sono stati sovraccaricati dall'intervento, una condizione che era ovviamente attesa e prevedibile già in fase di progetto. Resta invece da accertare se la struttura fosse priva di adeguati rinforzi per tollerare l’incremento di carico, se vi sia stata una grave sottostima dell’azione assiale prodotta dalla sopraelevazione, oppure se, in questa fase costruttiva, fossero presenti carichi superiori a quelli ammissibili. Fortunatamente, al momento non si registrano feriti.

Il fenomeno del buckling: instabilità per carico di punta

Dal punto di vista strutturale, il fenomeno osservato è noto e ampiamente studiato: le colonne in acciaio hanno esaurito la loro capacità di resistere alla compressione, andando incontro al carico critico di buckling, termine inglese che in ingegneria strutturale identifica l'instabilità per carico di punta. Questa tipologia di instabilità, che coinvolge integralmente l'elemento strutturale interessato, si manifesta mediante la nascita di vistosi spostamenti flessionali, assenti per carichi applicati inferiori alla soglia critica. Questo insidioso fenomeno fisico è il limite di stabilità primario per un elemento compresso e dipende direttamente, oltre che dalle caratteristiche meccaniche del materiale, dalla sua snellezza, che è una combinazione di tre parametri fondamentali:

• Lunghezza dell'elemento: più un elemento è lungo, minore sarà il suo carico di buckling;
• Grado di vincolo alle estremità della colonna: meno è vincolata, minore sarà il suo carico di buckling;
• Inerzia (rigidezza flessionale) del profilo metallico utilizzato, che è anche una misura indiretta della "forma" del profilo.

Quando una colonna è sottoposta a carichi assiali, tende inizialmente ad accorciarsi in modo elastico, con spostamenti praticamente impercettibili. Tuttavia, un elemento reale (anche se prodotto mediante processi industrializzati) non è mai geometricamente perfetto: esistono inevitabili micro-imperfezioni di fabbricazione, piccoli disallineamenti di montaggio in cantiere e tensioni interne (dette in gergo tecnico ‘tensioni residue') derivanti dal processo di laminazione dell'acciaio.

A causa di queste deviazioni dalla configurazione ottimale, i carichi verticali non si limitano a comprimere la sezione, ma innescano una flessione sin dai primi istanti in cui la colonna viene caricata. Queste flessioni rimangono modeste – e quindi anch'esse impercettibili – se lo sforzo assiale presente si mantiene relativamente basso. Tuttavia, all'avvicinarsi di questo sforzo verso il carico di buckling, la colonna non riesce più a mantenere la configurazione rettilinea originaria e può "spanciare" lateralmente alla ricerca di un nuovo equilibrio, che risulta essere estremamente instabile; ogni minima perturbazione, come anche le vibrazioni fisiologiche di un cantiere, genera uno sbandamento laterale pronunciato che è indice dell'innesco del fenomeno instabile, e quindi del collasso. Il fenomeno è lo stesso che si osserva quando si comprimono con troppa forza le estremità di un righello flessibile, la flessione al centro aumenta sensibilmente fino a raggiungere, nel caso della colonna, la plasticizzazione e la deformazione permanente del metallo.

In questo stato critico, la colonna perde quasi tutta la sua capacità portante. Il carico, non potendo più essere trasferito verticalmente lungo il suo asse, si redistribuisce in modo anomalo verso gli elementi circostanti – travi e colonne adiacenti – secondo modalità non previste dal progetto strutturale. Questa migrazione degli sforzi provoca inevitabilmente le deformazioni degli impalcati, come documentato in queste ore. L'evacuazione d'emergenza e l'immediata messa in sicurezza dell'edificio rappresentano la priorità assoluta di fronte a questa tipologia di crisi, che tecnicamente si identifica come la totale violazione di uno Stato Limite Ultimo (SLU) per la struttura.

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