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Serbatoi e terremoti: cosa succede?

Un terremoto di magnitudo Mwp 5,9 e profondità 10 km ha fatto tremare la terra nel nord delle Filippine gettando nel panico migliaia di persone anche nel centro della capitale Manila. Qui i dati del monitoraggio INGV.

Hanno fatto il giro del mondo i video di piscine posizionate a diverse decine di metri altezza che a causa dell’oscillazione degli edifici hanno riversato all’esterno l’acqua che contenevano. Su YouTube e sui siti dei principali quotidiani online se ne trovano diversi, ve ne propongo un paio.

I danni all’ambiente e agli edifici dal punto di vista strutturale sono stati in questo caso pressoché nulli. Il comportamento dei fluidi sotto azioni sismiche è spesso sottovalutato, un po’ perché i contenitori di fluidi non sono spesso considerati elementi strutturali e un po’ perché siamo abituati a considerare la spinta del fluidi agente sulle pareti solo nella configurazione idrostatica (quindi con distribuzione uniforme triangolare).

Questo articolo analizza il danneggiamento di serbatoi di stoccaggio di vino colpiti dal Kaikōura Earthquake (Nuova Zelanda) del 14 novembre 2016 con Mw 7,8. Si può osservare come il danneggiamento abbia provocato, a seconda dei casi:

  • danneggiamento del serbatoio e necessità di ripristino
  • collasso del serbatoio con possibile effetto “domino”
  • sversamento del contenuto all’esterno, con perdita del liquidi stoccato
  • possibile impedimento al passaggio e all’utilizzo di vie di fuga e danneggiamento al personale presente
  • possibile danneggiamento ad altri elementi (strutturali o non strutturali) e impiantisticio-tecnologici.
Fonte immagini: “Performance of winery facilities during the 14 november 2016 Kaikōura Earthquake” di Dmytro Dizhur, Gye Simkin, Marta Giaretton, Giuseppe Loporcaro, Alessandro Palermo and Jason Ingham

Se il serbatoio contenesse liquidi pericolosi (come per esempio idrocarburi), lo sversamento verso l’esterno potrebbe provocare danni ambientali e non solo.

Famose sono le immagini rilevate a seguito del terremoto di Izmit (Turchia) del 17 agosto 1999 con Mw 7,4. In questo articolo si analizzano alcuni di questi serbatoi.

Fuoriuscita dell’idrocarburo contenuto nel serbatoio per effetto dello sloshing e del successivo danneggiamento dell’anello sommitale.
Danneggiamento di serbatoi a seguito di incendi alimentati dalla fuoriuscita dell’idrocarburo contenuto nel serbatoio stesso danneggiato dal sisma.
Fonte immagini (compresa immagine di copertina): “Structural Engineering Reconnaissance of the August 17, 1999, Kocaeli (Izmit), Turkey, Earthquake” di Halil Sezen, Kenneth J. Elwood, Andrew S. Whittaker, Khalid M. Mosalam, John W. Wallace, John F. Stanton

Nell’analizzare il comportamento di un fluido sottoposto ad azione sismica si deve tener conto dei seguenti elementi:

  • le componenti convettive ed impulsive del moto del fluido;
  • la deformazione del guscio del serbatoio dovuta alle pressioni idrodinamiche, e gli effetti di interazione con la componente impulsiva; 
  • la deformabilità del suolo di fondazione e la conseguente modifica della risposta.

Allo scopo di valutare la risposta dinamica sotto le azioni sismiche, il fluido in genere può essere considerato incompressibile. La soluzione completa dell’equazione di Laplace per il moto del fluido contenuto in un cilindro rigido può essere espressa come la somma di due contributi separati chiamati “rigido impulsivo” e “convettivo” rispettivamente.

La componente “rigida impulsiva” della soluzione soddisfa in modo esatto le condizioni al contorno alle pareti ed al fondo del serbatoio (congruenza tra le velocità del fluido e quelle del serbatoio), ma fornisce (non correttamente, a causa della presenza delle onde) pressione nulla alla superficie libera del fluido. Di conseguenza deve essere aggiunto un secondo termine, che non alteri quelle condizioni al contorno che sono già soddisfatte, e ristabilisca le corrette condizioni di equilibrio alla superficie.

Si dovranno quindi considerare la componente impulsiva, che rappresenta l’azione del fluido vicino alla base del serbatoio che si muove rigidamente con la parete flessibile del serbatoio, e la componente convettiva, che rappresenta l’azione del liquido sottoposto ad un moto di scuotimento vicino alla superficie libera. 

Quanto sopra può valere oltre che per i fluidi anche per i solidi assimilabili a fluidi, come per esempio elementi granulari, granaglie o polveri.

Eseguire correttamente la valutazione della sicurezza dei luoghi di lavori in caso di terremoto considerando anche la sicurezza dei serbatoi e dei tank può influenzare:

  • la possibilità di evacuare in sicurezza l’area senza danni per il personale
  • la possibilità di ulteriori danneggiamenti ad elementi strutturali e non strutturali, impiantistici e tecnologici (effetto “domino”)
  • la possibilità, a seconda del tipo di liquido stoccato, che si verifichino danni ambientali dopo lo sversamento o incendi
  • la capacità dell’azienda di far fronte all’evento sismico con una rapida ripresa delle attività (“business continuity”).

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