Why do buildings fall in earthquakes? - Vicki V. May

Perché gli edifici crollano durante i terremoti? - Vicki V. May

Traduttore: Gianmarco Lucarini Revisore: ila S.

Earthquakes have always been a terrifying phenomenon,

I terremoti sono da sempre un fenomeno terrificante

and they've become more deadly as our cities have grown,

e sono diventati sempre più letali col crescere delle nostre città,

with collapsing buildings posing one of the largest risks.

con il crollo degli edifici che diventa uno dei maggiori rischi.

Why do buildings collapse in an earthquake,

Perché gli edifici crollano durante un terremoto

and how can it be prevented?

e come lo si può prevenire?

If you've watched a lot of disaster films,

Guardando tanti film sui disastri naturali

you might have the idea

potreste esservi fatti l'idea che il crollo di un edificio

that building collapse is caused directly by the ground beneath them

sia causato direttamente dal terreno sottostante

shaking violently, or even splitting apart.

che trema violentemente o che addirittura si apre e si separa.

But that's not really how it works.

Ma non è così che funziona.

For one thing, most buildings are not located right on a fault line,

Anzitutto, gran parte degli edifici non si trova esattamente sulla faglia

and the shifting tectonic plates go much deeper than building foundations.

e il movimento delle placche tettoniche è molto più profondo delle fondamenta.

So what's actually going on?

Allora cosa succede realmente?

In fact, the reality of earthquakes and their effect on buildings

In effetti, la dinamica dei terremoti e i loro effetti sugli edifici

is a bit more complicated.

sono un po' più complicati.

To make sense of it, architects and engineers use models,

Per averne un idea, architetti e ingegneri usano dei modelli,

like a two-dimensional array of lines representing columns and beams,

come una griglia bidimensionale di linee che rappresentano travi e pilastri,

or a single line lollipop with circles representing the building's mass.

oppure una serie di bastoncini con delle sfere

i cui cerchi rappresentano la massa degli edifici.

Even when simplified to this degree, these models can be quite useful,

Nonostante il livello di semplificazione, questi modelli sono piuttosto utili

as predicting a building's response to an earthquake

poiché prevedere le reazioni di un edificio al terremoto

is primarily a matter of physics.

è anzitutto una questione di fisica.

Most collapses that occur during earthquakes

La maggior parte dei crolli durante i terremoti

aren't actually caused by the earthquake itself.

in realtà non è causata dal terremoto in sé.

Instead, when the ground moves beneath a building,

Al contrario, quando la terra si muove al di sotto un edificio,

it displaces the foundation and lower levels,

provoca lo spostamento delle fondamenta e dei piani inferiori,

sending shock waves through the rest of the structure

trasmettendo le onde d'urto al resto della struttura

and causing it to vibrate back and forth.

e facendola vibrare avanti e indietro.

The strength of this oscillation depends on two main factors:

La potenza di questa oscillazione dipende da due fattori principali:

the building's mass, which is concentrated at the bottom,

la massa dell'edificio, concentrata nella parte inferiore,

and its stiffness,

e la sua rigidezza

which is the force required to cause a certain amount of displacement.

che è la forza necessaria a provocare un certo spostamento.

Along with the building's material type and the shape of its columns,

Oltre al materiale da costruzione e alla forma delle sue colonne,

stiffness is largely a matter of height.

la rigidezza dipende fondamentalmente dall'altezza.

Shorter buildings tend to be stiffer and shift less,

Edifici più bassi tendono a essere più rigidi e a muoversi meno,

while taller buildings are more flexible.

mentre gli edifici più alti sono più flessibili.

You might think that the solution is to build shorter buildlings

Potreste pensare che la soluzione sia costruire edifici più bassi

so that they shift as little as possible.

così da ridurre gli spostamenti al minimo.

But the 1985 Mexico City earthquake is a good example of why that's not the case.

Tuttavia, il terremoto del 1985 in Città del Messico

ne costituisce un buon controesempio.

During the quake,

Durante il terremoto,

many buildings between six and fifteen stories tall collapsed.

molti edifici tra i 6 e i 15 piani sono crollati.

La cosa bizzarra

What's strange is that while shorter buildings nearby did keep standing,

è che gli edifici più bassi lì vicino sono rimasti in piedi

buildings taller than fifteen stories were also less damaged,

e anche quelli con più di 15 piani sono stati meno danneggiati,

and the midsized buildings that collapsed

mentre quelli di media altezza che sono crollati,

were observed shaking far more violently than the earthquake itself.

sono stati visti muoversi molto più violentemente del terremoto stesso.

How is that possible?

Come è possibile?

The answer has to do with something known as natural frequency.

La risposta ha a che fare con una cosa chiamata frequenza naturale.

In an oscillating system,

In un sistema in oscillazione,

the frequency is how many back and forth movement cycles occur within a second.

la frequenza ci dice quante volte in un secondo

si ripete un'oscillazione completa, cioè avanti e indietro.

This is the inverse of the period,

Si tratta dell'inverso del periodo,

which is how many seconds it takes to complete one cycle.

che rappresenta i secondi necessari a completare un ciclo.

And a building's natural frequency, determined by its mass and stiffness,

La frequenza naturale di un edificio, determinata da massa e rigidezza,

is the frequency that its vibrations will tend to cluster around.

è la frequenza alla quale le vibrazioni tendono ad accumularsi.

Increasing a building's mass slows down the rate at which it naturally vibrates,

Aumentando la massa di un edificio si abbassa il livello al quale vibrerebbe,

while increasing stiffness makes it vibrate faster.

mentre aumentando la rigidezza le vibrazioni sono più veloci.

So in the equation representing their relationship,

Quindi nell'equazione che rappresenta questa relazione

stiffness and natural frequency are proportional to one another,

rigidezza e frequenza naturale sono direttamente proporzionali,

while mass and natural frequency are inversely proportional.

mentre la massa e la frequenza naturale sono inversamente proporzionali.

What happened in Mexico City was an effect called resonance,

Ciò che è successo in Città del Messico è un effetto chiamato risonanza,

where the frequency of the earthquake's seismic waves

dove la frequenza delle onde sismiche

happen to match the natural frequency of the midsized buildings.

corrispondevano alla frequenza naturale degli edifici di media altezza.

Like a well-timed push on a swingset,

Proprio come una spinta sull'altalena data al momento giusto,

each additional seismic wave amplified the building's vibration

ogni ulteriore onda sismica ha aumentato la vibrazione dell'edificio

in its current direction,

nella direzione già avviata,

causing it to swing even further back, and so on,

provocandone uno spostamento ancora maggiore e così via,

eventually reaching a far greater extent than the initial displacement.

fino a spingerlo ben oltre lo spostamento iniziale.

Today, engineers work with geologists and seismologists

Al giorno d' oggi gli ingegneri lavorano con geologi e sismologi

to predict the frequency of earthquake motions at building sites

per predire le frequenze dei movimenti sismici in zone da edificare

in order to prevent resonance-induced collapses,

così da prevenire i crolli dovuti agli effetti di risonanza

taking into account factors such as soil type and fault type,

tenendo in considerazione fattori come il tipo di terreno o di faglia,

as well as data from previous quakes.

così come i dati dei precedenti terremoti.

Low frequencies of motion will cause more damage to taller

Movimenti a basse frequenze provocheranno più danni

and more flexible buildings,

agli edifici più alti e flessibili

while high frequencies of motion pose more threat

mentre i movimenti ad alte frequenze minacciano maggiormente

to structures that are shorter and stiffer.

le strutture più basse e rigide.

Engineers have also devised ways to abosrb shocks

Gli ingegneri hanno anche ideato modi per assorbire gli shock

and limit deformation using innovative systems.

e ridurre la deformazione usando sistemi innovativi.

Base isolation uses flexible layers

L'isolamento alla base sfrutta strati flessibili

to isolate the foundation's displacement from the rest of the building,

per isolare il movimento delle fondamenta dal resto dell'edificio,

while tuned mass damper systems cancel out resonance

mentre i sistemi con smorzatore a massa accordata eliminano la risonanza

by oscillating out of phase with the natural frequency

oscillando fuori fase rispetto alla frequenza naturale

to reduce vibrations.

per ridurre le vibrazioni.

In the end, it's not the sturdiest buildings that will remain standing

Per concludere: non sono gli edifici più robusti a restare in piedi

but the smartest ones.

ma quelli più intelligenti.