18.10.2024
Comportamenti dei serbatoi di stoccaggio a parete sottile sottoposti a impattiNegli ultimi due decenni, i serbatoi di stoccaggio in acciaio a parete sottile sono diventati strutture essenziali per la conservazione di petrolio e combustibili in tutto il mondo. Questi serbatoi, progettati per lunghe campate e caratterizzati da una struttura cilindrica, sono spesso esposti a rischi significativi derivanti da esplosioni di gas, che possono provocare danni devastanti, incidenti con feriti e ingenti perdite economiche. Considerato l'aumento della domanda di stoccaggio di combustibili e l'espansione delle capacità di riserva in molte nazioni, diventa fondamentale comprendere come queste strutture reagiscono in caso di eventi estremi, come le esplosioni. Lo studio dei comportamenti strutturali dei serbatoi di stoccaggio sottoposti a impatti esplosivi ha permesso di sviluppare modelli numerici avanzati, utilizzando il software LS-DYNA per simulare le condizioni reali di esplosione e per confrontare i risultati con esperimenti su modelli in scala. Questo processo ha consentito di verificare la robustezza dei modelli e di applicarli a serbatoi di grandi dimensioni, con capacità fino a 15.000 metri cubi, per analizzare le modalità di cedimento, gli spostamenti risultanti, l'energia accumulata nelle strutture e le deformazioni dinamiche sotto diverse condizioni di carico. I risultati delle simulazioni hanno evidenziato come il livello del liquido all'interno del serbatoio influisca significativamente sulla capacità di resistere a esplosioni. I serbatoi completamente vuoti sono risultati i più vulnerabili, poiché non avevano alcun elemento interno in grado di dissipare l'energia dell'esplosione. Quando il serbatoio era parzialmente o completamente riempito di liquido, l'acqua o il combustibile al suo interno contribuiva ad assorbire parte dell'energia dell'onda d'urto, riducendo l'effetto complessivo sulle pareti del serbatoio. Questo effetto si traduceva in minori deformazioni e in una maggiore resistenza complessiva del serbatoio. Un altro aspetto rilevante emerso dallo studio riguarda il ruolo delle condizioni di vincolo del fondo del serbatoio. I serbatoi con un fondo vincolato presentavano danni più severi rispetto a quelli con un fondo libero. Nei serbatoi con fondo libero, il movimento e la deformazione del fondo consentivano di assorbire una parte significativa dell'energia esplosiva, riducendo l'impatto sulle pareti verticali. Al contrario, nei serbatoi con il fondo rigidamente vincolato, l'energia dell'esplosione veniva trasferita direttamente alle pareti, causando deformazioni più gravi e aumentando il rischio di cedimento strutturale. Una parte critica dei serbatoi esaminati erano i rinforzi antivento e le strutture ad anello, progettati originariamente per migliorare la resistenza ai carichi laterali del vento. Queste strutture, tuttavia, si sono dimostrate particolarmente vulnerabili agli impatti esplosivi. La loro forma a mensola e la configurazione a parete sottile le rendevano inclini a subire danni significativi, soprattutto in caso di esplosioni di elevata intensità. È emersa quindi la necessità di ripensare la progettazione di questi elementi affinché possano resistere anche alle sollecitazioni derivanti da eventi esplosivi. Un'altra osservazione importante riguarda il comportamento energetico della struttura durante l'esplosione. Lo studio dell'energia di deformazione ha rivelato che, con l'aumentare del livello di liquido all'interno del serbatoio, l'energia di deformazione assorbita dalle pareti diminuiva significativamente. Questo fenomeno dimostra che il liquido interno agisce come un vero e proprio ammortizzatore naturale, capace di assorbire l'energia dell'onda d'urto e di limitarne l'effetto sulle pareti del serbatoio. Pertanto, mantenere un livello adeguato di liquido nei serbatoi di stoccaggio non solo garantisce la funzionalità del serbatoio, ma ne migliora anche la resistenza alle esplosioni, rendendolo più sicuro. Per migliorare la resistenza dei serbatoi di stoccaggio agli impatti esplosivi, quindi, è fondamentale considerare diversi fattori progettuali: il livello di riempimento, le condizioni di vincolo del fondo e la robustezza dei rinforzi strutturali. L'adozione di serbatoi parzialmente o completamente riempiti e l'utilizzo di fondi non vincolati possono significativamente migliorare la capacità di resistere alle esplosioni, riducendo i danni e garantendo una maggiore sicurezza complessiva. Questi risultati suggeriscono che un'attenta progettazione e gestione dei serbatoi di stoccaggio può contribuire a prevenire gravi incidenti e a salvaguardare vite umane e risorse economiche in caso di esplosioni accidentali.