Modalità di rottura osservate

Le tipiche modalità di rottura o danneggiamento di un serbatoio osservate finora sono:

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deformazione a zampa di elefante. Questa deformazione si manifesta in corrispondenza del perimetro di appoggio dei serbatoi non ancorati;

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Diamond shape deformation, deformazione del mantello del serbatoio (vedi figura 3.5) che lo fa assomigliare vagamente ad un diamante;

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Incendio (torch fire) del serbatoio causato dal movimento relativo tra tetto galleggiante e mantello indotto dal sisma. Tale movimento, se a contatto diretto, produce scintille

che innescano un incendio che può coinvolgere tutto il contenuto del serbatoio;

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La rottura del cordone di saldatura tra il fondo ed il mantello è spesso il risultato delle ingenti forze che si manifestano durante il sollevamento del fondo;

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Fenomeno dello sloshing, cioè il formarsi di onde di fluido sopra il pelo libero, che può portare ad un notevole danneggiamento del tetto galleggiante con conseguente fuoriuscita del fluido contenuto e a deformazioni ingenti sul mantello;

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Buckling, cioè il fenomeno dell’instabilità alla compressione, delle colonne di supporto dei serbatoi a tetto fisso;

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Rottura delle tubazioni di connessione sulla sommità o sul fondo del serbatoio. Questo tipo di rottura dovuta all’incapacità di sopportare il movimento relativo del serbatoio può portare alla perdita di sostanze pericolose;

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Lacerazione del mantello del serbatoio o del fondo dovuto alla deformazione della scala e/o delle tubazioni ancorate alle fondazioni o al mantello stesso;

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Lacerazione del mantello dovuto alla deformazione op allo spostamento differenziale della passerella di collegamento tra due serbatoi;

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Elementi di connessione non deformabili che portano ad una lacerazione del mantello del serbatoio o ad una rottura dell’ancoraggio;

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Perdita di contenuto dal fondo per fenomeni di liquefazione: il serbatoio perde il suo assetto e si manifestano importanti deformazioni meccaniche del fondo e del mantello.

Evoluzione teoria comportamento sismico serbatoi

4.EVOLUZIONE TEORIA COMPORTAMENTO SISMICO SERBATOI

4.1. Introduzione

Per quanto riguarda questo lavoro di tesi ci si è focalizzati su un solo elemento degli impianti dell’industria di processo serbatoi di stoccaggio, caratterizzati da una struttura tozza, direttamente poggianti a terra.

La configurazione strutturale di questi elementi è relativamente semplice e si possono indicare essenzialmente due tipologie principali:

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Serbatoi in acciaio. Questi risultano formati essenzialmente da un corpo cilindrico

costituito da pannelli anulari, chiamati “virole”, saldati l’uno all’altro fino a giungere all’altezza voluta. Come già detto precedentemente la quota massima fuori terra di queste strutture risulta essere influenzata dal rapporto con il diametro (rapporto compreso tra 2:1 e 0,2:1).

L’ultima virola viene poi collegata al piano di fondo, anch’esso in acciaio, attraverso saldature e/o bullonature. La parte più esterna della base nella quale si ha il collegamento con il mantello prende il nome di trincarino e per sopportare le maggiori sollecitazioni a cui è sottoposto, a causa del peso dell’intero mantello, presenta uno spessore maggiore rispetto a tutto il resto della lamiera di base. La profondità di tale elemento viene calcolata seguendo la normativa.

Per quanto riguarda la copertura, questa può essere presente o meno, nel caso in cui il serbatoi ne siano dotati, può presentare diverse forme come per esempio, a cupola, a cono o piano.

Un’ulteriore ed importante differenza dal punto della risposta strutturale, è data dal tipo di connessione presente tra l’elemento ed il piano di appoggio sottostante, dalla quale deriva il tipo di vincolo alla base da considerare, se di semplice appoggio o fisso, rispettivamente nel caso di serbatoio ancorato o non ancorato. A questo proposito bisogna aggiungere che il più delle volte a causa della loro elevata estensione di base è troppo costosa la realizzazione di una fondazione continua a cui poi ancorare la struttura e quindi,l’elemento di stoccaggio risulta essere semplicemente appoggiato. Vincolo d’appoggio che può essere esercitato direttamente dal terreno compattato o da un anello di fondazione al di sotto della parte più esterna del serbatoio.

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Serbatoi in calcestruzzo armato. Questo altro materiale utilizzato nella loro

realizzazione lo si trova quasi ed esclusivamente su serbatoi destinati allo stoccaggio di acqua per diversi utilizzi, non solo legati all’industria ma spesso anche a scopi civili. Al contrario del caso precedente l’involucro risulta formato da un'unica struttura realizzata con conglomerato cementizio ed armature in acciaio, che compone l’intero corpo dalla fondazione, passando per il fondo e giungendo fino alle pareti di contenimento laterali.

Per quanto riguarda la forma, la più diffusa è quella rettangolare nella quale una delle due dimensioni è di alcuni ordini di grandezza più grande rispetto all’altra. Come detto sopra, in questo caso non ha senso parlare di vincoli di base dati dal tipo di fondazione in quanto, quest’ultima è essa stessa parte della struttura e viene realizzata con lo stesso tipo di materiale, come prima cosa durante la costruzione.

Da come si può vedere quindi, la configurazione strutturale di questi serbatoi a struttura tozza, risulta essere relativamente semplice e regolare, cosa che dal punto di vista della risposta all’azione sismica risulta essere un importante vantaggio. Questa caratteristica semplicità però, la quale permetterebbe molto probabilmente alla struttura di resistere bene all’azione sismica, deve però essere resa più realistica attraverso lo studio del serbatoio nella condizione in cui si trova durante la maggior parte del tempo, con del materiale all’interno.

Questa aggiunta deve quindi essere tenuta in debito conto per quanto riguarda la risposta sismica dell’intero manufatto. Questa infatti oltre ad aumentare notevolmente la massa coinvolta, introduce nel sistema considerato un elemento di caratteristiche completamente differenti per quanto riguarda la risposta alla forzante sismica.

Nel presente studio si è andato a considerare solo ed esclusivamente il caso di riempimento con materiale allo stato liquido, condizione nettamente più diffusa per quanto riguarda i serbatoi tozzi di questo tipo.

Sono stati effettuati ormai diversi studi per analizzare in maniera più esaustiva possibile il comportamento di questo sistema serbatoio-liquido, come prima cosa si è visto necessario andare a caratterizzare il comportamento del liquido confinato.

Il tipico movimento, che interessa il liquido contenuto e che verrà successivamente definito in maniera esaustiva, prende il nome di “sloshing”, la cui traduzione italiana è “sguazzamento”,del quale il dizionario Garzanti da questa definizione: “si dice di un liquido agitato in un recipiente non pieno”. Possiamo dire che rende bene l‟idea del fenomeno fisico dello sloshing.

Dando una interpretazione più ingegneristica del fenomeno. Esso può essere descritto come il movimento di un liquido mentre tenta di raggiungere uno stato di equilibrio per effetto di un'accelerazione istantanea (gravitazionale, traslazionale, ecc.) sentita dal liquido. La quantità di moto del fluido ed i carichi esterni sul contenitore del fluido impediranno questo stato di equilibrio. Di seguito una serie di Papers, presi in considerazione per capire l’evoluzione della teoria del comportamento sismico dei serbatoi.

4.2. The dynamic behavior of water tanks [7]

4.2.1. Introduzione

L’analisi dinamica che può essere fatte su alcuni serbatoi deve temere in conto sia del comportamento del liquido rispetto al serbatoio, sia quello del serbatoio stesso rispetto al terreno. Prima cosa da considerare in quanto cambia il comportamento dell’intera struttura è il fattore di riempimento dell’elemento stesso.

Evoluzione teoria comportamento sismico serbatoi essenzialmente un struttura a massa singola. Se invece, come accade nella maggior parte dei casi, il serbatoio non è completamente pieno ma presenta una superficie libera nel liquido contenuto, questa sarà soggetta ad un fenomeno i sloshing durante l’evento sismico e quindi l’intero sistema sarà essenzialmente una struttura schematizzabile con una doppia massa. L’incidenza dello sloshing nella risposta della struttura dipenderà dalle proporzioni dell’elemento stesso, ci saranno infatti casi in cui sarà proponderantye ed altri invece in cui avrà invece un valore molto miore.

Nel documento UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA (pagine 80-84)