Valutazione di vulnerabilità sismica di torrini piezometrici in calcestruzzo armato con Analisi Pushover

Studio della vulnerabilità sismica di alcuni serbatoi pensili nell'area veneta e proposta di un metodo speditivo per analizzare il loro comportamento strutturale

Acque Venete è il gestore del servizio idrico integrato per 108 Comuni su un territorio complessivo di 32.000 km² con un bacino di utenza di 520.000 cittadini (Figura 1).

Figura 1 - La rete Acquevenete

La rete comprende 68 serbatoi pensili, la maggior parte dei quali costruiti intorno agli anni ’60 e non progettati per resistere ad un evento sismico. Questa tipologia di strutture potrebbe rappresentare un elevato di rischio, data la contemporanea presenza di tre parametri che caratterizzano il rischio: esposizione, per la loro localizzazione all’interno dei centri urbani e per la funzione strategica che ricoprono (Figura 2), pericolosità per l’intensità macrosismica del sito, e vulnerabilità per il loro comportamento sotto azioni sismiche.

Figura 2 - Torrino di Taglio di Po (RO)

Nasce quindi la necessità di valutare la vulnerabilità sismica dei torrini piezometrici attraverso analisi pushover col fine di individuare le curve di capacità, seguite dalle curve di fragilità, ed infine stimare il parametro PAM (perdita annua media), che l’ente utilizza per valutare la priorità e l’ordine temporale con cui effettuare gli eventuali interventi di manutenzione o ripristino della struttura.
Inoltre, è stato proposto un metodo speditivo per analizzare il comportamento strutturale sintetizzando l’opera in un elemento monodimensionale “beam” equivalente in modo da avere risultati immediati con una buona approssimazione.

Torrino di Corbola: primo caso di studio

Il primo caso è quello del torrino di Corbola (RO) con struttura portante costituita da 12 pilastrate disposte concentricamente di sezione 65 x 60 cm collegate da un sistema elicoidale di travi che giungono fino al serbatoio posto in sommità di capacità di 1000 m3 e il pelo libero dell’acqua a quota +49,00 m.

Figura 3 - Sistema elicodale di travi con serbatoio sommitale

Figura 4 - Torrino di Corbola

La modellazione degli elementi strutturali è stata effettuata con Midas Gen considerando diversi casi limite (Figura 5, Figura 6):

1. Caso di serbatoio vuoto;
2. Caso di serbatoio pieno, dove la massa totale di fluido è applicata come massa nodale nel baricentro del serbatoio e rigidamente connessa alla struttura (EC8 Part 4);
3. Caso di serbatoio pieno considerando l’effetto sloshing.

Figura 5 - Modello con serbatoio vuoto e con serbatoio pieno

Il terzo caso considera l’effetto sloshing ed è applicabile quando un serbatoio contenente liquido con superficie libera è soggetto ad accelerazione orizzontale, ciò fa sì che il liquido nella regione più bassa del serbatoio si comporta come una massa rigidamente connessa alle pareti del serbatoio stesso, mentre la massa di liquido nella regione più alta oscilla con periodo proprio.

Se le pareti del serbatoio sono indeformabili, il fenomeno può essere implementato suddividendo la totalità del liquido in due masse poste a quote differenti (EC 8 part 4):

• massa impulsiva, connessa alla struttura tramite link infinitamente rigidi; 
• massa convettiva, connessa alle pareti del serbatoio tramite molle di rigidezza dipendente dalle caratteristi¬che geometriche della vasca (Figura 6).

Figura 6 - Schema del modello sloshing

L’analisi modale, oltre a validare i modelli, ha permesso di mettere in evidenza il comportamento dinamico della struttura per ogni condizione considerata.

In particolare, nel modello sloshing, i primi due modi rappresentano la parte di fluido che oscilla a causa dell’evento sismico, mentre a partire dal terzo modo si individua i modi propri della struttura.

Figura 7 - Massa attivata per modo di vibrare

Il punto di partenza dell’analisi pushover è stata la modellazione della plasticità concentrata agli estremi degli elementi strutturali attraverso le formulazioni dell’Eurocodice 8 per cerniere con capacità di rotazione alla corda, considerando sezioni, materiali e barre di armatura sulla base delle indagini eseguite e associando i relativi meccanismi duttili e fragili.

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Questo articolo è presente sul magazine Digital Modeling n. 23, scaricabile per intero cliccando qui.

Gruppo di Lavoro 

• Coordinatore scientifico: Prof. Ing Antonio Tralli - UniFE 
• Coordinatore tecnico: Ing. Gianluca Loffredo - ArchLivIng 
• Ing. Alessandro Nicastro – Settore strutture - ArchLivIng 
• Ing. Piero Loffredo – Settore strutture - ArchLivIng 
• Ing. Marco Nale - dottorando UniFE 
• dott. Riccardo Meneghin - Tesista UniFE

Crediti 

• Finanziatore - AcqueVenete 
• Ente incaricato della ricerca – CFR (Consorzio Futuro in Ricerca)