Protezione contro le esplosioni: progettazione ottimizzata

L'ingegnere specializzato Guido Lori illustra come le facciate resistenti all'esplosione delle bombe rappresentino il nuovo standard di sicurezza e come l'ingegneria di precisione stia consentendo al Gruppo Permasteelisa di integrare tecnologie avanzate di protezione contro le esplosioni nelle facciate di nuova generazione, senza compromettere la visione architettonica né gli obiettivi di riduzione delle emissioni di carbonio.

La situazione geopolitica ha portato con sé minacce imprevedibili per la sicurezza pubblica nei nostri contesti urbani, tra cui un aumento degli ordigni esplosivi improvvisati (IED). Nei centri urbani sempre più densamente popolati, un’esplosione mette a rischio ogni edificio circostante e le facciate resistenti alle onde d’urto delle bombe, un tempo riservate alle sedi governative e alle ambasciate, stanno rapidamente diventando un requisito standard a prova di futuro per tutti i progetti edilizi di rilievo.

Quando si verifica un'esplosione, la facciata rappresenta la prima linea di difesa dell'edificio. Deve assorbire e dissipare l'enorme energia dell'onda d'urto attraverso un movimento rapido o una deformazione controllata, al fine di ridurre al minimo i danni complessivi e, soprattutto, proteggere le vite delle persone all'interno.

La trappola della conformità

Quando si tratta di mitigare il rischio di esplosione, molti sviluppatori e architetti ricorrono di default a quadri normativi standard, come le linee guida della National Protective Security Authority (NPSA). Sebbene tali quadri normativi forniscano dei parametri di riferimento essenziali, seguirli come se fossero un manuale di progettazione può comportare una costosa sovraspecificazione dei materiali, con un maggiore impiego di acciaio, vetri più spessi e strutture portanti più pesanti.

Ottimizzazione: trovare il giusto equilibrio tra estetica, sostenibilità e sicurezza

Il nostro approccio alla progettazione di facciate continue su misura resistenti alle esplosioni si basa su sistemi a più gradi di libertà (MDOF), che utilizzano calcoli precisi per prevedere il comportamento reale della facciata. Sfruttando dati tecnici accurati, siamo in grado di progettare profili più sottili e leggeri che riducono notevolmente il carbonio incorporato rispetto alle specifiche tradizionali di resistenza alle esplosioni, verificando al contempo la capacità della facciata di gestire in modo intelligente carichi dinamici estremi.

Questo approccio ingegneristico basato sulle prestazioni ci consente di raggiungere un importante equilibrio tra la portata architettonica e i livelli di protezione, rendendo una facciata resistente alle esplosioni compatibile con elementi progettuali quali aperture e alette in vetro. Ad esempio, controllando con precisione la direzione di apertura, limitando l’angolo massimo di apertura, utilizzando rivestimenti multipli e ricorrendo a rinforzi localizzati della ferramenta, siamo in grado di integrare aperture apribili anche in una facciata classificata come “a massimo rischio”.

Scienza dei materiali e componenti dissipativi

Un'esplosione libera energia chimica che si propaga in modo emisferico e i materiali reagiscono in modo estremamente diverso a questi carichi dinamici estremi. Il nostro approccio ingegneristico mira a bilanciare tre fattori: mantenere l’integrità strutturale degli elementi portanti, mitigare i rischi legati alla proiezione di frammenti di vetro e ridurre al minimo il carico trasferito alla struttura portante dell’edificio. Per raggiungere questo obiettivo, tuttavia, è necessario modellare contemporaneamente tutti i componenti, in modo da cogliere le loro complesse interazioni reciproche.

Modellazione e collaudo dell'intero sistema

Per andare oltre i codici standard, che trattano gli elementi in modo isolato, la nostra piattaforma interna Testudo rileva l’interazione dinamica tra il vetro, il telaio e i supporti come un evento unico e integrato a livello di sistema. Questo software sviluppato su misura si basa su una metodologia sottoposta a revisione tra pari e pubblicata in numerosi atti di convegni e riviste accademiche.

Testudo consente ai nostri team di progettare soluzioni anti-esplosione altamente realistiche ed economicamente vantaggiose per diverse tipologie, tra cui facciate modulari, sistemi a telaio, strutture a cavi e sistemi a cavità chiusa (CCF). Ogni sistema è progettato su misura e scalabile in base a profili di minaccia medi, elevati o estremi, e viene testato su richiesta per soddisfare gli standard riconosciuti in materia di esplosioni. Calibriamo continuamente i nostri modelli digitali utilizzando dati fisici, che vanno dalle prove sui materiali a livello di componente fino ai test di esplosione in scala reale su intere unità di facciata.

Nuovi componenti

Per evitare che il vetro o le lastre principali in calcestruzzo subiscano il pieno impatto, abbiamo inoltre sviluppato una staffa dissipativa brevettata, un componente innovativo che rimane rigido sotto i carichi eolici quotidiani, ma è progettato per “cedere” sotto l’impulso estremo di un’onda d’urto. Consentendo alla staffa di assorbire e dissipare l’energia attraverso una deformazione controllata, si mitiga il trasferimento di energia alla struttura primaria dell’edificio e si previene la rottura catastrofica del vetro.

Partnership nel campo della ricerca e sviluppo

Oltre ai nostri ingegneri specializzati interni che operano in questo settore e contribuiscono direttamente ai nostri progetti, intratteniamo collaborazioni a lungo termine con università di tutto il mondo per garantire che i nostri progetti si basino sulle ricerche accademiche e sulle conoscenze nel campo della scienza dei materiali più avanzate disponibili. Tra queste figurano:

• Imperial College London (Regno Unito): Ricerca sulle proprietà sotto sollecitazioni elevate degli strati intermedi e dei materiali strutturali.
• Università HafenCity di Amburgo (Germania): Approfondimento delle conoscenze relative alla resistenza strutturale del vetro e alle prove di dissipazione sulle staffe
  Università di Melbourne (Australia): Studio del comportamento del vetro dopo la frattura, delle interazioni struttura-ambiente (smorzamento aeroelastico) e delle modalità di rottura del vetro stratificato.
• Università di Cranfield (Regno Unito): Studio del rilassamento di taglio interstrato in presenza di carichi estremi.
• Università di Tecnologia di Sydney (Australia): Analisi dei profili a taglio termico.
• Università Tecnica di Dresda (Germania): Studio dell’interazione tra facciata e struttura dell’edificio in presenza di carichi da esplosione.

L'analisi di fattibilità

Una facciata ottimizzata e resistente alle esplosioni rappresenta una strategia commerciale a lungo termine che genera valore durante l'intero ciclo di vita di un bene immobiliare. Progettare un edificio in modo che assorba dinamicamente l'energia dell'esplosione riduce significativamente il suo profilo di rischio, il che viene direttamente riconosciuto dagli assicuratori attraverso una riduzione dei premi nel lungo periodo.

Durante gli attentati dinamitardi nel quartiere finanziario del Regno Unito degli anni ’90, le perdite finanziarie più ingenti sono state causate dall’interruzione dell’attività aziendale piuttosto che dal crollo delle strutture. Una facciata ottimizzata limita i danni strutturali in caso di incidente, proteggendo il bene e, soprattutto, le vite umane. Ciò consente inoltre di riprendere efficacemente le operazioni aziendali.

Leader mondiali

Grazie alla nostra tecnologia all’avanguardia, ad oggi abbiamo progettato, realizzato e installato con successo oltre 50 importanti facciate resistenti alle esplosioni in tutto il mondo, tra cui alcuni dei monumenti architettonici più iconici e ad alta sicurezza, tra cui:

• New York: One Vanderbilt, Hearst Tower, Hudson Yards, 3 World Trade Center, Aeroporto LaGuardia e One Bryant Park.
• Londra: Salisbury Square, London Wall Place, sede centrale di Bloomberg, 99 Bishopsgate, 52 Lime Street (The Scalpel) e 8 Canada Square.
• Punti di riferimento mondiali: KL118 (Kuala Lumpur), Lex 2000 (Bruxelles), il Palazzo di Giustizia di Parigi (Parigi), l’Ambasciata degli Stati Uniti (Pechino), l’Aeroporto Internazionale O’Hare (Chicago), il Palazzo di Giustizia del Commonwealth (Melbourne) e gli Uffici del Governo Centrale (Hong Kong).

Per saperne di più su come andare oltre la semplice conformità e passare a una progettazione intelligente e ottimizzata, contattateci all'indirizzo g.lori@permasteelisagroup.com.