Riassunto analitico
L’ingente diffusione di impianti industriali, chimici ed energetici a partire dal ventesimo secolo ha evidenziato nel tempo la necessità di valutarne il livello di sicurezza nei confronti di un evento sismico. Non poche infatti sono state le catastrofi legate al collasso di impianti industriali a causa di terremoti, con ingenti conseguenze economiche ed ambientali, alla luce anche dell’elevata tossicità ed infiammabilità delle sostanze generalmente stoccate. Nel secolo scorso, sono quindi stati numerosi gli studi sul comportamento dinamico di serbatoi, siano essi in acciaio o in cemento armato, in particolar modo per quelli più diffusi a geometria cilindrica. Un’analisi dinamica rigorosa non può prescindere dallo studio di aspetti complessi quali per esempio il moto del fluido contenuto, la deformazione delle pareti o l’interazione con il suolo sottostante: si tratta quindi di individuare e risolvere contributi talvolta di notevole complicazione analitica e computazionale. Sebbene le soluzioni degli aspetti più semplici siano note da diversi anni, il progresso nella trattazione di quelli più complessi continua fino ad oggi. Molti studi sono infatti in continua pubblicazione, fornendo procedimenti nuovi, più o meno approssimati, validi per specifiche situazioni di progetto. Nel caso più generale possibile, le principali normative internazionali fanno riferimento agli studi di Haroun, Veletsos e Yang, schematizzando la risposta dinamica di un serbatoio cilindrico soggetto ad un accelerazione al suolo con la somma di tre contributi: convettivo, rigido impulsivo ed impulsivo di deformazione. Il primo contributo è dovuto al moto oscillatorio (“sloshing”) del liquido, che in prossimità del pelo libero non trasla rigidamente con il serbatoio ma tende a spostarsi verticalmente, generando onde di tipo convettivo. Le componenti impulsive rappresentano invece l’azione della massa di liquido che si muove solidalmente con le pareti del serbatoio, incrementando la massa inerziale della struttura (la presenza di due diverse componenti è necessaria per considerare nella trattazione la deformabilità delle pareti). Se il calcolo delle prime due componenti risulta analiticamente piuttosto agevole, ciò non vale per la componente di deformazione, per il cui calcolo bisogna procedere iterativamente e mediante l’ausilio di un codice ad elementi finiti. La presenza di terreni poco rigidi può inoltre influire notevolmente sulla dinamica del sistema serbatoio-liquido, complicando ulteriormente il tutto. Lo stesso dicasi per il collegamento con la fondazione, a cui talvolta, per semplicità di realizzazione, i serbatoi non vengono perfettamente ancorati. Lo scopo del seguente lavoro è pertanto quello di analizzare gli approcci, i modelli e le formulazioni proposte in letteratura, evidenziarne punti di contatto ed eventuali discrepanze, e individuare poi possibili semplificazioni in grado di cogliere con buona approssimazione la fisica del problema, pur con un onere computazionale ridotto. Una volta delineate le linee guida per la risoluzione della risposta di serbatoi in zona sismica, e quindi individuate le sollecitazioni agenti a seguito di un generico input, vengono analizzati i diversi criteri di progetto e verifica delle varie componenti.
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