4 Caso studio: Filtri dell’acciaieria – ILVA di Taranto
4.1 Lo stabilimento siderurgico ILVA di Taranto
Lo stabilimento siderurgico dell’ILVA di Taranto è il principale impianto produttivo del gruppo ILVA.
L’intero complesso occupa una superficie molto vasta, pari a1500 ettari e al suo interno sono presenti 50 km di strade, 200 km di ferrovia, 190 km di nastri trasportatori.
Sono presenti 2 centrali termoelettriche, 5 altoforni, 2 acciaierie, 2 treni nastro per la produzione dei coils, 2 laminai per le grosse lamiere, 2 impianti di zincatura, 2 tubifici.
Il ciclo di produzione dell’acciaio è integrale. Figura 4.1.
Nel caso specifico dello stabilimento siderurgico dell’ILVA di Taranto il processo produttivo è il seguente:
• L'approvvigionamento delle materie prime si ha per mezzo di navi transoceaniche. Il materiale sbarcato viene stoccato in parchi primari.
• Il minerale di ferro, prelevato dai parchi, viene trattato nell'impianto di preparazione che, attraverso la vagliature e la miscelazione dei diversi tipi di minerali disponibili, consente di ottenere un materiale dalla composizione chimica e dalla granulometria adatte alla carica in altoforno.
• Il calcare estratto dalle cave presenti nello stabilimento viene frantumato e vagliato. La frazione viene miscelata con i minerali per ottenere un agglomerato auto fondente.
• Il carbon fossile viene trasformato nell'impianto di cokeria.
• Tramite agglomerazione, i minerali di ferro in pezzatura fine vengono trasformati a temperatura elevata, per parziale fusione e sintetizzazione delle particelle, in una struttura porosa e resistente.
• Nell'altoforno gli ossidi di ferro, sotto forma di minerale, vengono trasformati in ghisa per effetto delle reazioni chimiche riducenti provocate dal coke e dall'ossido di carbonio. La ghisa liquida, viene trasferita in acciaieria mediante speciali carri ferroviari.
ferro è detta ghisa d'altoforno e viene prevalentemente usata per produrre, mediante affinazione, i diversi tipi di acciaio.
• Nel convertitore la ghisa viene affinata e quindi trasformata in acciaio.
• L'acciaio liquido versato in siviera, con l'aggiunta di ferroleghe viene normalmente inviato alla stazione di trattamento fuori forno che consente di affinare la messa a punto chimica del metallo e di rendere omogenea la composizione del bagno.
• La solidificazione dell'acciaio avviene tramite colaggio in macchine di colata continua.
• La lavorazione avviene tramite il laminatoio, che può essere o a caldo o a freddo.
• Il prodotto che viene fuori con la laminazione può essere rivestito da uno strato controllato di zinco idoneo a migliorare la resistenza alla corrosione.
Al termine di questo processo vengono prodotti diversi materiali come tubi, coils e lamiere.
Per quanto detto nei capitoli precedenti, questo tipo di stabilimento è ascrivibile tra quelli a rischio di incidente rilevante, ovvero la complessità delle lavorazioni svolte, la tipologia di impianti ed apparati presenti all’interno potrebbero, durante il sisma, indurre degli stati di sollecitazione variabili che andrebbero a sommarsi a quelli indotti dall’evento principale.
Figura 4.1: Processo produttivo dello stabilimento ILVA di Taranto
4.2 Descrizione del complesso di filtraggio dell’ILVA
Oggetto di questo lavoro di tesi è un edificio industriale in acciaio situato all’interno dello stabilimento siderurgico dell’ILVA di Taranto. Figura 4.2.
Figura 4.2: Posizione dei Filtri dell’acciaieria all’interno dello stabilimento
In particolare questo studio si è occupato dell’edificio dei filtri dell’acciaieria, il quale insieme ai silos, alla ciminiera e al gasdotto, costituisce una delle quattro parti principali di cui è formato il complesso di filtraggio dell’ILVA, struttura principale di recente realizzazione il cui compito all’interno dello stabilimento è di filtrare i gas di scarico provenienti dall’acciaieria. Figura 4.3.
Figura 4.3: Pianta del complesso di filtraggio dei gas dell’ILVA
I filtri dell’acciaieria sono l’edificio principale tra i quattro. La sua funzione è di filtrare i gas e contenere polveri di scarico. E’ realizzato attraverso una struttura mista a telaio e controventi concentrici in direzione longitudinale e controventata nell’altra.
Come è possibile vedere in Figura 4.4, sotto i filtri sono situate dodici tramogge. La polvere contenuta all’interno di quest’ultime viene scaricata sui nastri trasportatori e attraverso questi trasportata nei silos.
Figura 4.4 : Vista esterna dei filtri dell’acciaieria
I Silos contengono quindi le polveri provenienti dai filtri e trasportate dai nastri trasportatori. La struttura è costituita da un telaio in acciaio controventato ed è connessa ai filtri dell’acciaieria con una serie di connessioni alla quota di 4.65 m. Un singolo silo è supportato da otto appoggi imbullonati che trasferiscono il carico alla sottostruttura.
Vedi Figura 4.5 a) e 4.5 b). I silos hanno un diametro di 6.30 m e un altezza di 8.50 m a partire dalla base delle tramogge alla sommità del silo.
Figura 4.5 b): Connessione tra silo e struttura portante
Figura 4.5 a): Vista esterna dei silos
La ciminiera è direttamente connessa con i filtri dell’acciaieria attraverso un collegamento flessibile. Vedi Figura 4.6 b). L’altezza della ciminiera è di 40 metri.
Il gasdotto proviene dall’acciaieria e trasporta gas di scarico diretto ai filtri. La connessione tra il gasdotto e i filtri dell’acciaieria è anch’essa flessibile ed è mostrata in Figura 4.6 a)
Figura 4.6 a): Connessione tra il gasdotto e l’edificio filtri dell’acciaieria.
Figura 4.6 b): Connessione tra la ciminiera e l’edificio filtri dell’acciaieria.
4.3 Descrizione caso studio: Filtri dell’acciaieria
Come già specificato al paragrafo precedente, il presente lavoro di tesi si è occupato nello specifico dei filtri dell’acciaieria.
Questo edificio ha una pianta rettangolare di dimensioni 37.80 m x 16.94 m ed un’altezza massima di 29.64 m; può essere diviso in tre parti come mostrato in Figura 4.7.
Figura 4.7: Suddivisione dell’edificio Filtri dell’acciaieria
a) Struttura di supporto b) Filtri
c) Copertura
eccentrici nella direzione principale, lungo X, e un sistema controventato nell’altra direzione, lungo Y. Vedi Figura 4.8
Sul primo orizzontamento, alla quota di 4.65 m, si trova il sistema del nastro trasportatore e alla stessa quota si ha il collegamento tra questa struttura e quella dei silos.
Le colonne sono continue per tutta l’altezza che risulta pari a 11.8 m; sono realizzate mediante un profilo in acciaio HEA 400.
Pur essendo una struttura regolare si ha una variazione della tipologia dei controventi, in particolare si hanno controventi eccentrici a diagonale singola e controventi a V rovescia. Oltre alla diversa tipologia, si osserva una variabilità anche nei profili utilizzati: HEA 140, HEA 160, HEA 180, HEA 260, HEA 280, HEA 300 ed 2L 70 x 7 (per gli elementi rompitratta). Figura 4.9 a), b), c).
Figura 4.8: Vista 3D della sottostruttura
In particolare in direzione trasversale alla quota di 4.65 m si hanno controventi a V rovescia lungo i 7 portali, per un’altezza libera di inflessione pari a 3.65m.
Dalla quota di 4.65 m alla sommità delle colonne, la dove poggiano le tramogge, si sviluppa un altro sistema di controventi a portale con elementi rompitratta nell’allineamento n.4 e controventi a diagonale singola negli altri casi. Le colonne in questo tratto presentano una lunghezza libera d’inflessione pari a 7.15 m
In direzione longitudinale, dove la tipologia è mista a telaio e controventi, questi ultimi sono a V rovescia con elementi rompitratta e disposti in posizione centrale, precisamente tra il terzo e il quinto portale. Figura 4.9 d).
Figura 4.9 a): Elevazione allineamento 1 – 2 – 3
Figura 4.9 b): Elevazione allineamento F4
Figura 4.9 c): Elevazione allineamenti F5 - F6 - F7
Figura 4.9 d): Elevazione allineamenti FA – FB – FC – FD
A quota 4.65 e 14.55 sono presenti dei collegamenti rappresentati rispettivamente da un impalcato di servizio realizzato con travi principali e travi secondarie realizzate con una molteplicità di profili HEA ed IPE e da delle travi realizzate con profili IPE 300. Un ulteriore collegamento è situato alla quota 22.5m, ovvero alla sommità delle tramogge realizzato anche in questo caso con profili IPE 300.
I filtri o tramogge sono la parte centrale dell’edificio, ubicate tra la struttura di supporto e la copertura. Esse conducono la polvere sul nastro trasportatore; sono gusci a parete sottile, nervate per la presenza di profili di irrigidimento (pipe beam) UPN orizzontali ed HEA verticali. Uno scheletro di irrigidimento realizzato con profili UPN è posto al loro interno.
La sovrastruttura, situata al di sopra delle tramogge, si trova a quota di 22.5 m e si estende in elevazione fino ad un altezza di 29.64m. Su essa è stata progettata e montata una baraccatura esterna costituita da profili UPN saldati alla struttura portante sui quali è imbullonata la lamiera.
Figura 4.10: Vista 3D della sovrastruttura
La sovrastuttura fa da copertura all’edificio ed è percorribile grazie alla presenza di una passerella raggiungibile attraverso un collegamento verticale rappresentato da scale di servizio.
E’ realizzata mediante un sistema misto a telai e controventi. In questo caso i controventi sono a V rovescia con elementi rompitratta e sono collocati in entrambe le direzioni su tutti i lati esterni dell’edificio in posizione centrale. Figura 4.11 a), b), c).
Figura 4.11a): Elevazione allineamenti 1 – 2 –3 – 4 – 5 – 6 – 7
Figura 4.11b): Elevazione allineamenti A e D
Figura 4.11c): Elevazione allineamenti B e C
I giunti tra le aste sono imbullonati, in particolare i giunti di continuità trave colonna in direzione longitudinale sono di tipo flangiato, mentre per il resto dei giunti si tratta di nodi cerniera.
La struttura non è direttamente poggiata a terra, ma poggia su dei basamenti in cemento armato di 0.8 x0.8 x 1m. Figura 4.12
Figura 4.12: Particolare attacco colonna – basamento in ca.
Per gli edifici esistenti, la Norma italiana al Capitolo 8 indica l’utilizzo dei fattori di confidenza strettamente legati al livello di conoscenza conseguito nelle indagini conoscitive di un edificio, e che vanno preliminarmente a ridurre i valori medi di resistenza dei materiali della struttura esistente, per ricavare i valori da adottare, nel progetto o nella verifica, e da ulteriormente ridurre, quando previsto, mediante i coefficienti parziali di sicurezza.
I fattori di confidenza sono quindi da utilizzare come ulteriori coefficienti parziali di sicurezza che tengono conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello e vengono determinati tramite l’individuazione dei livelli di conoscenza dell’edificio
La circolare [§ C8A.1.B] definisce per le costruzioni tre livelli di conoscenza ai fini della scelta del tipo di analisi e dei fattori di confidenza.
1. LC1: Conoscenza limitata 2. LC2: Conoscenza adeguata 3. LC3: Conoscenza accurata
In particolare la valutazione è eseguita secondo quanto riportato in tabella C8A.1.2 mostrata in Tabella 4.1:
FC
Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo
Progetto simulato in accordo alle norme dell'epoca e limitate verifche in-situ
Valori usuali per la pratica costruttiva dell'epoca e limitate
prove in-situ
Analisi lineare statica o
dinamica 1.35
Livello 2
Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo
Disegni costruttivi incompleti con limitate verifiche in situ oppure estese verifiche in-situ
Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova con
limitate prove in-situ oppure estese prove in-
situ
Tutti 1.20
Livello di Conoscenza
Livello 1
Geometria
(carpenterie) Dettagli Industriali Proprietà dei Materiali Metodi di Analisi
Tabella 4.1: Livelli di conoscenza in funzione dell’informazione disponibile e conseguenti metodi di analisi ammessi e valori dei fattori di confidenza per edifici in acciaio
Per uno studio preliminare è stato scelto di riferirsi al un livello di conoscenza LC3 in quanto sono presenti tutti i disegni costruttivi e per quanto riguarda i materiali è possibile risalire alla classe di tutti i dettagli grazie ai documenti a disposizione. Si considerano integre le caratteristiche meccaniche dell’acciaio (S275), dato che la struttura è di recente costruzione e dato che le condizioni in cui lavora non sono da considerarsi sfavorevoli per l’ossidazione del materiale.
Livello 3
Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo
Disegni costruttivi completi con limitate verifiche in situ oppure esaustive verifiche in-situ
Dai certificati di prova originali o dalle specifiche originali di progetto con estese prove
in-situ oppure esaustive prove in-situ
Tutti 1.00
Livello di Conoscenza Geometria
(carpenterie) Dettagli Industriali Proprietà dei Materiali Metodi di Analisi FC
