Fabrizio Gatti (gatti.fabriziog@enel.it), Giulia Bergamo

 

IL PROGETTO INDEPTH

 

Il progetto di ricerca INDEPTH, finanziato dalla Comunità Europea nell’ambito del Quinto Programma di Ricerca “Environment and Sustainable Development”, ha come scopo lo sviluppo e l’applicazione di tecnologie antisismiche innovative per la protezione di strutture critiche situate all’interno di impianti petrolchimici realizzati in zone ad elevata sismicità.

Nel campo petrolchimico, l’applicazione di queste tecnologie innovative è molto limitata (nel mondo, solo alcuni serbatoi LNG attualmente sono isolati alla base) ed il progetto in corso vuole indagare non solo la fattibilità di applicazione della tecnica, ma anche valutare attentamente il rapporto costi/benefici ottenibili attraverso l’uso di queste tecnologie innovative.

Il gruppo di lavoro è formato dai seguenti partners: Enel.Hydro/ISMES Division (I) nel ruolo di coordinatore, Università di Vienna, IKI (A), ENEA (I), FIP Industriale (I), Principia (E), MMI (UK), Università di Patrasso (G), Hellenic Petroleum (G) and IWKA (D).

Il progetto si sviluppa attraverso i seguenti punti:

1.      selezione delle strutture critiche avvenuta attraverso visite tecniche effettuate a Huelva (Spagna) terminal di importazione di LNG e Aspropyrgos (Grecia) raffineria. Entrambi i siti visitati, sono aree ad alta sismicità.

2.      Definizione del rischio sismico sia per i siti selezionati che per siti generici, facendo riferimento agli spettri riportati nell’Eurocodice 8, suolo B, ZPA 0,4 g.

3.      Progettazione e sviluppo di dispositivi applicabili alle strutture selezionate.

4.      Analisi numeriche per la valutazione del comportamento dinamico delle strutture senza e con l’applicazione dei dispositivi sviluppati e comprensive del contributo dato dall’interazione suolo - struttura - fluido.

5.      Validazione sperimentale dei dispositivi innovativi e di due modelli rappresentativi delle strutture attraverso prove su tavola vibrante. Le prove sui modelli saranno eseguite sia senza che con i dispositivi.

6.      Valutazione costi benefici tecnici, economici e di sicurezza ottenuta confrontando i nuovi metodi di progettazione anti-sismica con il classico metodo oggi in uso che si rifà alle normative sismiche convenzionali esistenti.

 

STRUTTURE SELEZIONATE

Dopo le ispezioni in sito, sono state selezionate le seguenti strutture:

·         due diverse taglie di serbatoio di stoccaggio di LNG (Fig. 1 e 2) con capacità rispettive di 60000 e 100000 m3, diametri esterni di 49,41 e 67 m e rapporto altezza/diametro pari a 0,81 e 0,56.

 

                     

Figura 1: Impianto di Huelva: LNG 60000 m3                       Figura 2: Impianto di Huelva: LNG 100000 m3

·         tre serbatoi di stoccaggio per liquidi (figure 3, 4 e 5) con caratteristiche geometriche e costruttive tali da poter coprire un vasto campo di tipologie con differenti fattori di forma (due di queste sono presenti in Aspropyrgos, mentre la T729, interessante per la sua snellezza, era stata selezionata prima dell’inizio del progetto). Le principali caratteristiche sono descritte nella tabella sottostante.

 

Codice identificativo del serbatoio

P8803

P5151

T729

Contenuto

Residuo di ATM

Acqua demineralizzata

Olio lubrificante

Capacità [m3]

67600

8557

755

Diametro medio [m]

66,44

24,4

8,24

Fattore di forma (altezza/diametro)

0,29

0,75

1,75

                                                                                                                        

 

           

 

             Figura 3: Serbatoio P8803                          Figura 4: Serbatoio P5151              Figura 5: Serbatoio T729

·         un serbatoio sferico (figura 6) appoggiato su 11 colonne, contenente polipropilene raffreddato con una capacità di 4200 m3 e diametro pari a 19,6 m, sito nella raffineria di Aspropyrgos.

 

 

Figura 6: Sfera P9102

SPETTRI ED ACCELEROGRAMMI DI RIFERIMENTO

Per dimostrare la validità delle soluzioni adottate sia le analisi che le prove sperimentali sono riferite a spettri di normativa (EC8) e agli spettri di sito relativi a Huelva (Spagna) ed Aspropyrgos (Grecia).

Con riferimento all’Eurocodice 8, per ogni tipo di suolo (B, C e D) sono stati generati 2 accelerogrammi con durata temporale rispettivamente di 20 e 40 secondi. Gli spettri ed uno degli accelerogrammi generati sono rappresentati nelle figure 7 e 8. All’interno del progetto il valore dello ZPA è stato fissato a 0,4 g.

 

     

                   Figura 7: Spettri EC8                                         Figura 8: Accelerogramma normalizzato (Suolo B, 40 s)

 

Per quanto riguarda Huelva ed Aspropyrgos, studi per la definizione degli spettri di sito e la generazione di accelerogrammi, sono stati svolti dal partner spagnolo PRINCIPIA. Nelle figure 9 e 10 sono rappresentati spettri e accelegrogramma per Huelva, mentre le figure 11 e 12 sono relative ad Aspropyrgos.

 

   

                   Figura 9: Spettri per Huelva                                            Figura 10: Accelerogramma per Huelva

  

                   Figura 11: Spettro per Aspropyrgos                             Figura 12: Accelerogramma per Aspropyrgos

 

 

DISPOSITIVI IN VIA DI SVILUPPO

Le diverse strutture selezionate sono state sottoposte ad una dettagliata analisi per la definizione del miglior sistema di isolamento o dissipazione applicabile sia sul nuovo che sull’esistente.

Più soluzioni innovative sono state studiate, correlando diverse tipologie di dispositivo con le diverse strutture, per ottenere sistemi isolati aventi vulnerabilità sismica ridotta e prestazioni superiori, considerando sia l’efficacia della soluzione tecnica adottata che la fattibilità dell’applicazione dal punto di vista economico.

Per tutte le strutture, ad esclusione del serbatoio sferico, la soluzione prevede isolamento alla base con diverse tecnologie (sfere di rotolamento, tappetini in gomma, isolatori in gomma rinforzati con fibra, sistemi accoppiati etc..), mentre per il serbatoio sferico, oltre all’isolamento alla base, sono in via di sviluppo dei bracci dissipativi da inserire tra due colonne. Questi ultimi consentirebbero la sostituzione dei bracci attualmente presenti, con uno sforzo economico minimo ed un beneficio in termini di resistenza al sisma elevato.

Ovviamente tutte le strutture isolate alla base, durante il sisma subiscono spostamenti più elevati, di conseguenza, sempre all’interno del progetto, sono stati sviluppati dei giunti flessibili 3D a lunga corsa da installare su tutte le tubazioni collegate ai serbatoi da un lato e a terra dall’altro.

 

RISULTATI ATTESI

I risultati ed i prodotti attesi da questo progetto includono lo sviluppo di dispositivi a piena scala, una procedura integrata per risolvere i problemi di interazione suolo-struttura-fluido, una definizione di tutti i benefici ottenuti attraverso l’applicazione di queste tecniche innovative rispetto alle linee-guida di progettazione sismica ed ai metodi classici di adeguamento sismico attualmente in uso. Tutta la parte sperimentale, sia sui dispositivi che sui modelli, vuole testimoniare l’efficacia ottenuta con gli interventi di isolamento o adeguamento eseguiti attraverso registrazioni dei valori di accelerazione sui modelli con e senza dispositivi, nonchè la fattibilità e funzionalità dell’intero sistema. Infatti, l’utilizzo di dispositivi innovativi in ambiente petrolchimico necessita di essere fortemente supportato da una concreta quantificazione tecnica ed economica dei benefici in confronto con le attuali tecnologie e costi, considerando anche all’aspetto dell’adeguamento attraverso metodi convenzionali o innovativi (ad esempio, bracci dissipativi).

Particolare enfasi dovrà essere posta sul tema della sicurezza quantificandone l’incremento rispetto ai metodi convenzionali. Nel progetto un’intera sezione si occupa di questo problema.