Impatto di un velivolo contro un grattacielo: considerazioni strutturali preliminari

1 Introduzione 
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Anche i carichi dovuti ai terremoti dipendono dalla geografia del territorio e 
vengono determinati con l’ausilio di specifiche mappe. Nel caso di grattacieli, però, 
l’elevata altezza permette alla struttura di seguire i movimenti del terreno, durante le scosse 
di terremoto, senza sviluppare forze elevate, come quelle causate dal vento. 
Per quanto riguarda la normativa sugli incendi, essa stabilisce tanto l’esistenza di 
dispositivi che ne limitino l’insorgere, quanto naturalmente la presenza di allarmi anti-
incendio e di uscite di sicurezza. Nel caso di grattacieli, essa prevede inoltre che la 
struttura mantenga la propria integrità, provvedendo a un’adeguata resistenza al fuoco e 
allestendo al proprio interno sistemi, che controllino l’intensità dell’incendio. 
Le normative anti-incendio [1], vigenti negli Anni ’60, all’epoca della costruzione 
delle Torri del WTC e del grattacielo Pirelli, valutavano la resistenza al fuoco con una 
stima temporale che, erroneamente, veniva letta come l’intervallo di tempo, in cui un 
componente della struttura dell’edificio (muro, colonna, pavimento, ecc.) resisteva al 
collasso, quando esposto ad un incendio. Ma tale stima era ottenuta sperimentalmente: con 
il metodo standard di valutazione della resistenza al fuoco ASTM E119, i provini venivano 
esposti a condizioni controllate di incendio, che non permettavano quindi di dedurne 
l’effettivo comportamento. I risultati così ottenuti inoltre non consideravano le reali 
condizioni della struttura, quali le interazioni tra i vari componenti strutturali e l’esistenza 
di un possibile danno, prima dell’inizio dell’incendio. 
Ora tali normative sono state aggiornate. Gli studi sulla resistenza al fuoco non 
considerano più soltanto la variazione della temperatura con il tempo, ma anche altre 
condizioni, quali la ventilazione, la geometria della struttura, le proprietà termiche dei 
materiali e le caratteristiche di combustione del combustibile. La prova di valutazione 
standard ASTM E119 è ancora valida, ma ormai ha una valenza puramente comparativa, 
vale a dire che è usato per confrontare il comportamento di costruzioni differenti, esposte 
al fuoco. 
Gli studi, condotti sugli incendi, hanno poi evidenziato due differenti tipi di 
incendio, che occorrono agli edifici o a parti di essi. Il primo è il fuoco a “superficie di 
combustibile controllata”, cioè quello che si sviluppa in compartimenti aperti e 
sufficientemente larghi da provvedere ad un’adeguata combustione dell’aria, mentre l’altro 
è il fuoco “a ventilazione controllata”, vale a dire quello che si sviluppa in compartimenti 
1 Introduzione 
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aperti, ma non sufficientemente larghi da permettere una combustione ampia e senza 
limitazioni. La prima tipologia è generalmente di breve durata e la sua intensità viene 
facilmente controllata dai dispositivi anti-incendio automatici, mentre la seconda ha una 
durata media maggiore. Negli spazi ampi spesso succede che le due tipologie di fuoco si 
alternino o addirittura coesistano, in zone diverse. 
Per nessun edificio civile è prevista l’inclusione di carichi eccezionali, quali quelli 
dovuti a possibili atti terroristici e di guerra oppure a incidenti casuali, quali quello occorso 
al grattacielo Pirelli. Tale possibilità finora era stata inclusa solamente nel caso di edifici 
che richiedessero un alto livello di sicurezza, come le ambasciate, le strutture di difesa 
militare o le centrali nucleari. 
Le Torri del WTC [1] sono state le prime strutture civili, nel cui progetto venne 
considerato l’impatto di un velivolo. Nelle analisi progettuali per le Torri del WTC, fatte 
negli Anni ‘60, si suppose che un Boeing 707, perso nella nebbia, cercasse di atterrare al 
vicino aeroporto e potesse invece colpire una delle Torri, sulla base di quanto accadde il 28 
luglio 1945, quando un bombardiere B-25 Mitchell colpì l’Empire State Building. 
D’altronde i Boeing 767-200ER, che l’11 settembre 2001 colpirono entrambe le Torri, 
erano considerevolmente più grandi, con masse maggiori e velocità più alte del Boeing 
707, considerato in fase di progetto. Infatti allora si considerò un Boeing 707 con una 
massa di 120 t, una velocità, in avvicinamento all’aeroporto, di 290 km/h e i serbatoi quasi 
vuoti, mentre i Boeing 767-200ER dell’attacco terroristico avevano una massa di 125 t, 
una velocità di impatto tra i 756 e i 950 km/h e circa 38000 l di carburante nei serbatoi. 
La decisione di includere l’impatto di un velivolo, nei parametri di progetto di un 
edificio, chiaramente porterebbe ad una maggiore variabilità del progetto, che 
richiederebbe un costo di realizzazione molto elevato. Infatti questa soluzione esigerebbe 
l’analisi dell’intera gamma di velivoli esistenti, con variabili condizioni di volo, vale a dire 
diversificando la velocità del velivolo, la sua massa, la massa del combustibile, oltre 
all’angolo e all’altezza dell’impatto. 
Le possibilità di un edificio di resistere all’impatto di un velivolo diminuiscono 
all’aumentare delle dimensioni e della velocità dell’aeromobile. Nel 2006, per esempio, 
dovrebbe essere varato l’Airbus A380, che avrà una massa e una capacità, in termini di 
combustibile, che sono approssimativamente tre volte quelle del Boeing 767-200ER. E’ 
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quindi difficile riuscire a progettare un edificio che possa resistere all’impatto degli 
aeroplani più grandi, esistenti adesso o che verranno costruiti in futuro. 
In linea di massima, quindi, non è necessario includere tra le condizioni di carico 
minime, richieste nel progetto di un edificio, anche l’impatto di un “generico” velivolo. Le 
situazioni, in cui è preferibile valutare la possibilità di un edificio di resistere all’impatto di 
un velivolo, sono molto limitate e in tali casi è sufficiente considerare un “dato” velivolo 
con dimensioni, velocità di crociera, nonché angolo e altezza d’impatto prefissati. 
Proprio in base alla larga variabilità della dimensioni degli aeromobili, non è infatti 
tecnicamente possibile sviluppare una previsione di progetto, che permetta di realizzare 
edifici in grado di resistere, senza collassare, all’impatto di velivoli in rapido 
avvicinamento. 
Tutti gli edifici potrebbero collassare, se soggetti ad un carico sufficientemente 
intenso, quale l’impatto di un velivolo; ma, durante gli studi fatti sulla dinamica del 
collasso delle Torri del WTC, è stato evidenziato anche quanto sia importante occuparsi 
della sicurezza dell’edificio e della sua evacuazione, in caso d’incidente. Infatti le Torri del 
WTC crollarono non a causa dei danni strutturali causati dall’impatto dei Boeing 767-
200ER, ma a causa della contemporaneità di tali danni strutturali, con incendi molti intensi, 
che hanno ulteriormente lesionato le strutture; ciò è provato dal grande lasso di tempo 
intercorso tra l’impatto e il crollo. 
Si prevede quindi che gli sviluppi futuri in tale ambito saranno indirizzati, più che 
ad irrobustire la struttura degli edifici per evitarne il collasso, a mantenerne l’integrità, 
provvedendo ad un’adeguata resistenza strutturale, in grado di ritardarne il crollo e di 
permetterne l’evacuazione da parte degli occupanti [1]. 
Sia nell’incidente al grattacielo Pirelli, sia in quello alla Torri del WTC, si è 
sviluppato un incendio. 
Nel primo caso [3], per la combustione del carburante, rimasto nel serbatoio 
dell’aereo, si è sviluppato un incendio di piccole dimensioni al 26° piano. Il sistema anti-
incendio automatico (sprinkler) ne ha facilitato lo spegnimento, mentre la posizione delle 
scale di sicurezza, poste all’interno delle strutture portanti alle estremità dell’edificio e 
quindi lontano dal punto di impatto, ha permesso la completa e veloce evacuazione 
dell’edificio. 
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Nel caso delle Torri del WTC invece, gli incendi furono molto più intensi a causa 
della maggiore quantità di combustibile presente sugli aerei, che, inoltre, tramite lo 
scorrimento nelle trombe degli ascensori e delle scale, ha raggiunto più piani e ha scatenato 
numerosi incendi contemporaneamente [1]. La struttura portante, in acciaio e posta nel 
nucleo dei due grattacieli, ha così subito pesantemente l’azione del fuoco: infatti, già 
danneggiata dall’impatto, non ha resistito alla forza dell’incendio, che ha notevolmente 
diminuito la sua resistenza a qualsiasi eventuale altro carico aggiuntivo. Infatti prima è 
collassata la Torre Sud, quella maggiormente colpita dal punto di vista strutturale, in 
seguito c’è stato il crollo della Torre Nord, accelerato dallo spostamento d’aria e dalla 
scossa tellurica, provocati dal crollo della Torre Sud. 
Dal punto di vista dell’ingegneria aeronautica, la letteratura presenta numerosi studi 
d’impatto e di crashworthiness. Infatti i moderni strumenti d’analisi e di simulazione 
hanno permesso di studiare problemi d’impatto anche complessi (quali l’impatto di 
proiettili volanti [4]), oppure i tipici problemi del campo aeronautico (quali l’impatto al 
suolo di aeroplani ed elicotteri e l’impatto di volatili contro le gondole del motore [5]) e del 
campo automobilistico (quali l’impatto di un’automobile contro un ostacolo deformabile). 
Nonostante ciò, rimane difficoltoso adottare direttamente questi strumenti per affrontare il 
problema dell’impatto di un velivolo contro un edificio [6-7]. Ciò è dovuto a diversi fattori, 
quali la complessità dell’evento, la difficoltà di reperire conoscenze aggiornate 
sull’impatto ad alte velocità di corpi deformabili, la rottura e la frammentazione di 
materiali metallici e compositi, la simulazione degli eventuali effetti del fuoco e infine 
l’efficienza computazionale per affrontare un problema di simulazione su larga scala [8]. 
Il presente studio si prefigge quindi lo scopo di valutare, in via preliminare, i 
processi di danno strutturale che può causare l’impatto di un velivolo contro 
un’installazione civile. Nel caso particolare, è stato analizzato l’incidente occorso al 
grattacielo Pirelli di Milano, il 18 aprile 2002. L’approccio adottato si basa sull’uso di un 
modello analitico semplificato per valutare, dal punto di vista energetico, i danni occorsi 
alle singole componenti strutturali del velivolo e del grattacielo, durante l’incidente. 
L’approccio energetico utilizzato prende spunto da quello proposto da Wierzbicki 
et al. [9] per studiare il danno subito dalle Torri del WTC durante l’11 settembre 2001, 
1 Introduzione 
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nonostante il grattacielo Pirelli abbia una struttura differente, sia per quanto riguarda la 
geometria che per quanto riguarda i materiali. 
Successivamente verrà eseguita una verifica dei risultati, così ottenuti, tramite 
un’analisi numerica, eseguita con il codice ad elementi finiti LS-DYNA
®
, dell’impatto 
della fusoliera e dell’ala, contro la soletta del pavimento in calcestruzzo armato e la 
struttura esterna della facciata. 
 
7 
2 Impatto di un velivolo contro un 
grattacielo 
Il 18 aprile 2002 un piccolo aereo da turismo si è schiantato contro il grattacielo 
Pirelli, provocando danni strutturali tra il 26° e il 27° piano (Fig. 2-1). Il piccolo aereo da 
turismo, un Rockwell Commander 112TC, era partito da Locarno diretto all’aeroporto 
Linate di Milano, ma, dopo un volo di circa 110 km e una deviazione verso il centro della 
città, è andato ad impattare contro il Palazzo della Regione Lombardia. 
Fig. 2-1 Il grattacielo Pirelli il 18 aprile 2002 
2 Impatto di un velivolo contro un grattacielo 
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2.1 Il grattacielo Pirelli 
Il grattacielo Pirelli [10] è stato costruito tra il 1955 ed il 1959 su progetto 
dell'architetto Gio Ponti e con la consulenza degli ingegneri Pierluigi Nervi e Arturo 
Danusso per le strutture in calcestruzzo armato; nato come avveniristica sede direzionale 
della Pirelli (Fig. 2-2), oggi è la sede principale degli uffici della Giunta Regionale di 
Lombardia. 
 
 
Fig. 2-2 Il grattacielo Pirelli negli Anni ‘60
 
L’edificio è alto 127 m, suddivisi in trentuno piani fuori terra e due sotterranei, ed è 
uno degli edifici di cemento armato più alti del mondo. All’epoca della costruzione fu il 
primo grattacielo al mondo ad usare una struttura portante con lunghe campate (24,7 m). E’ 
caratterizzato da una forma a lastra con estremità ristrette (Fig. 2-3 e Fig. 2-4), che si 
rastremano diventando punte tagliate ai vertici. 
2 Impatto di un velivolo contro un grattacielo 
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Fig. 2-3 Pianta a quota 12,90 m Fig. 2-4 Veduta aerea del grattacielo Pirelli 
I più gravi problemi dal punto di vista statico, che furono risolti in fase di 
progettazione, grazie all'intervento degli ingegneri Nervi e Danusso, furono quelli 
dell'azione del vento, agente sulle ampie facciate, e delle vibrazioni trasmesse alla struttura 
in calcestruzzo armato da agenti esterni, problemi che caratterizzano tutti gli edifici più 
alti. Gli ingegneri decisero di affidare la totalità dei carichi agenti alla struttura portante, 
suddivisa in quattro pilastri triangolari, posti all’estremità dell’edificio, e in quattro piloni 
rastremati, che tagliano perpendicolarmente le facciate. 
Mentre per quanto riguarda la parte esterna, fu creata una facciata continua [11], 
vale a dire una struttura piana prefabbricata, che corre verticalmente attorno all’edificio e 
sostenuta alle solette. Tale struttura (Fig. 2-5) è costituita da una maglia di montanti 
verticali e di traverse orizzontali in lega leggera di alluminio, senza controtelai, e atta a 
sostenere infissi apribili in vetro e pannelli trasparenti e opachi. I montanti e le traverse 
sono vincolati tra loro da un sistema di giunti, che permette l’assorbimento di eventuali 
cedimenti elastici, dovuti a vibrazioni o a carichi. In previsione di punte di carico 
eccezionalmente elevate, la struttura della facciata è stata progettata in modo tale che 
fossero raggiunti prima i limiti di rottura dei vetri e poi quelli della lega leggera, che 
costituisce i montanti, in modo da assicurare comunque la stabilità dell’edificio. 
2 Impatto di un velivolo contro un grattacielo 
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Fig. 2-5 Particolare della facciata 
 
Questo sistema, che si è sviluppato negli USA. sin dagli Anni ‘50, è denominato 
facciata continua, o curtain wall [12]. Tale tecnica permise la risoluzione di numerosi 
problemi, soprattutto di natura statica, che caratterizzavano le facciate in acciaio e vetro, 
utilizzate precedentemente. La serie di vincoli tra montanti e traverse ha permesso di 
controllare i movimenti causati dalle escursioni termiche, dal caricamento dei solai e dagli 
agenti esterni (vento, terremoti, ecc.). Inoltre la costruzione in fabbrica dei pannelli finiti e 
la loro messa in struttura prefabbricata ha risolto il problema, sia economico che operativo, 
del montaggio in loco.  
La facciata è costituita da pannelli larghi 4,055 m e alti 3,7 m. Ciascun pannello è 
diviso dai montanti e dalle traverse in nove aree, di cui la più grande (1,9 m × 1,7 m) è 
centrale e apribile. Ciascuna trave è vincolata ai due estremi in modo tale da assorbire i 
notevoli movimenti relativi tra i campi della facciata, dovuti a possibili dilatazioni 
termiche e alle vibrazioni trasmesse dalla struttura in calcestruzzo armato e provocate da 
agenti esterni, quali tram, treni, aerei, ecc., e favorite dalla notevole lunghezza (20 m) delle 
travi. 
Le travi sono vincolate tra loro nel seguente modo: nel montante all’estremo 
inferiore è situata una cerniera, mentre all’estremo superiore è posto un giunto scorrevole a 
cannocchiale, inserito nell’anima del montante contiguo sovrapposto; invece le traverse 
sono incastrate tra loro. 
2 Impatto di un velivolo contro un grattacielo 
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Le travi della facciata hanno sezioni e dimensioni differenti, a seconda che siano 
montanti o traverse e, nel caso delle traverse, esse variano in base alla loro posizione sul 
pannello della facciata (inferiore, intermedia o superiore) (Tab. 2-1). 
 
lunghezza
l [m] 
larghezza 
b [mm] 
altezza 
h [mm] 
spessore 
s [mm] 
Montante 3,700 105 85 5
traversa superiore 4,055 100 110 5 
traversa intermedia 4,055 80 80 5 
traversa inferiore 4,055 165 125 5 
Tab. 2-1 Dimensioni della facciata 
La soletta dei pavimenti invece è costituita da travi a T in calcestruzzo armato, 
lunghe 24,7 m, affiancate tra loro, in modo da coprire tutta la larghezza dell’edificio, e con 
laterizi forati, disposti in fila tra le nervature del solaio (Fig. 2-6). Lo scopo di una tale 
soluzione è di diminuire il peso proprio del pavimento, di attenuare le sonorità e di 
aumentarne la rigidezza e la coibenza. 
 
Fig. 2-6 Sezione della soletta del pavimento 
 
2 Impatto di un velivolo contro un grattacielo 
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2.2 Il Rockwell Commander 112TC 
Il Rockwell Commander RC 112TC [13] è un aereo monomotore da turismo di 
produzione statunitense. Si tratta di un aereo ad ala bassa, con elica bipala a passo 
variabile, montata su motore a scoppio turbocompresso Lycoming, che sviluppa una 
potenza di 210 HP e che gli permette una velocità di crociera pari a 300 km/h e 
un'autonomia massima di 1670 km (Fig. 2-7). 
Fig. 2-7 Il Rockwell Commander 112TC 
La massa totale a vuoto del velivolo è 
kgMMMM
motorealafusoliera
841
0
=++=  
(2.1)
ripartita come indicato nelle Tab. 2-2, 2-3 e 2-4 [14] 
2 Impatto di un velivolo contro un grattacielo 
 13
 
Fusoliera [kg] 
struttura 162,5
strumentazione 29,0
impianto idraulico 4,5
impianto elettrico 37,0
arredamento 75,0
carrello secondario 15,0
zavorra 9,5
Tab. 2-2 Distribuzione delle masse nella 
fusoliera 
 
kgMM
i
ifusoliera
5,332==
∑
 
(2.2)
 
Ala [kg] 
struttura 151,5
carrello principale 57,0
superfici di controllo 20,0
Tab. 2-3 Distribuzione delle masse 
nell’ala 
 
kgMM
i
iala
5,228==
∑
 
(2.3)
 
Motore [kg] 
gondola motore 28,0
impianto di propulsione 252,0
Tab. 2-4 Distribuzione delle masse nel 
motore 
 
kgMM
i
imotore
0,280==
∑
 
(2.4)