Pubblicato in: Scienza & Tecnica

Grattacieli Elicoidali. La frontiera delle nuove strutture.

Giuseppe Sandro Mela.

2017-03-11.

 grattacieli-elicoidali-005-oko-tower-mosca

 Torre Oko in Mosca.


Le immagini delle principali e tumultuose città del mondo inizia a popolarsi di grattacieli che presentano una stranissima forma, quasi fosse candele a torciglione.

Alle volte assumono forme del tutto bizzarre, apparentemente inspiegabili.

Sono i così detti Grattacieli Elicoidali.

banca-centrale-russia-001

Banca Centrale Russa. Mosca.


Sono certamente il frutto del gusto estetico dell’architetto, ma in realtà rispondono a ben precise esigenze: ridurre in modo significativo la pressione esercitata dal vento sulla struttura, pressione utilizzata peraltro come spinta verso l’alto, ossia l’effetto von Karman.

grattacieli-elicoidali-001

Il risultato è sconcertante: il grattacielo può essere costruito con altezza maggiore utilizzando strutture meno pesante: è decisamente più stabile sulle fondamenta antisismiche e resiste anche meglio a grandi escursioni termiche.

 grattacieli-elicoidali-003

  Nota tecnica.

«Una scia vorticosa di von Kármán è una configurazione di scia caratterizzata dal distacco alternato di vortici che si verifica in alcuni corpi tozzi (corpi che presentano un distacco marcato dello strato limite).

Le scie vorticose possono essere osservate solo all’interno di un dato intervallo di numeri di Reynolds (Re). Il campo di variabilità di Re è influenzato da forma e dimensioni del corpo che causa il fenomeno, ovvero della viscosità cinematica del fluido. Il fenomeno prende nome dal fluidodinamico e ingegnere Theodore von Kármán.

In condizioni idonee per il numero di Reynolds si ha la formazione di due schiere di vortici una opposta all’altra. Quest’ultima porta il centro del vortice di una schiera ad essere corrispondente al punto medio tra due vortici della schiera opposta.

Come conseguenza della formazione di un vortice si ha una modificazione della distribuzione delle pressioni attorno al corpo. Conseguentemente, una formazione alternata di vortici genera forze variabili periodicamente e quindi una vibrazione del corpo. Qualora la frequenza di formazione dei vortici si avvicini alla frequenza naturale di vibrazione del corpo si ha il fenomeno della risonanza del medesimo. Esempi di fenomeni di questo tipo: vibrazione dei cavi telefonici; vibrazione più intensa dell’antenna dell’autoradio a date velocità; fluttuazione delle finestre avvolgibili (veneziane) quando il vento le attraversa; vibrazione dei tiranti dei ponti strallati.

In un primo momento si era pensato che il distacco dei vortici avesse provocato il crollo del ponte sul fiume Tacoma, mentre la causa del cedimento è stato un fenomeno aeroelastico noto come flutter.

Questo tipo di fenomeno deve essere preso in considerazione in fase di progettazione di strutture quali periscopi per sottomarini oppure per ciminiere industriali. Un metodo per evitarlo è inserire degli elementi di disturbo del flusso. Se questo è cilindrico, l’impiego di pinne di lunghezza maggiore del diametro consente di evitare la formazione delle scie vorticose. Poiché nel caso di edifici o antenne il vento può avere direzione qualsiasi, si impiegano elementi a profilo elicoidale simili a filetti. Questi vengono montati nella sommità delle strutture, generando un flusso asimmetrico tridimensionale che riduce la formazione alternata di vortici.»

Annunci