VERIFICHE SISMICHE DEGLI IMPIANTI DI PROCESSO

Come noto l'Ordinanza PCM n. 3274 del 20/03/2003 prescrive la verifica sismica degli edifici e delle opere che possono causare incidenti rilevanti in conseguenza di un eventuale collasso causato da un possibile evento sismico. L'individuazione delle fattispecie di opere da sottoporre a verifica sismica e' demandata alle singole Regioni le quali hanno variamente deliberato ma comunque tutti gli stabilimenti soggetti al controllo del DLgs 105/15 (RIR) sono soggetti a verifica. La nuova Direttiva 2012/18/UE - Seveso III prescrive la valutazione del rischio sismico anche per gli stabilimenti di soglia inferiore.
La verifica deve essere eseguita per tutti i fabbricati e per tutti gli impianti e/o apparecchiature nei quali si detengono o si lavorano le sostanze chimiche indicate dal decreto (comprese le tubazioni e gli impianti di estinzione incendio).
Anche le apparecchiature degli impianti industriali quali torri, sili, camini, portali di sostegno ed opere similari sono soggette alle disposizioni della L. 5/11/1971 n. 1086 ed alle Norme Tecniche per le Costruzioni (Circ. MLLP 14/02/1974 n. 11951).

Le disposizioni della Seveso III sono disposizioni di Protezione Civile preordinate a controllare e limitare le conseguenze nell'ambiente circostante ad uno stabilimento industriale causate da un incidente verificatosi all'interno con liberazione di sostanze pericolose. E' quindi evidente che anche le unita' produttive che per quantita' sono sotto soglia inferiore secondo le disposizioni della Seveso III ma che comunque detengono o lavorano le sostanze indicate dal DLgs. 105/15 devono provvedere alle verifiche ed alla valutazione del rischio sismico dei fabbricati e delle apparecchiature di stoccaggio o lavorazione.

La nuova classificazione sismica del territorio italiano eseguita dalle Regioni in base ai criteri dell' OPCM n. 3274 ha esteso la caratteristtica di sismicita' ad ampie zone che precedentemente non erano classificate. I fabbricati e gli impianti costruiti in tali zone precedentemente al 2003 non furono quindi progettati per resistere ad azioni sismiche. Per tali fabbricati ed impianti e' quindi essenziale procedere alle necessarie verifiche sismiche, anche in assenza di sostanze chimiche pericolose, ai fini della prevenzione degli infortuni sul lavoro.

Ma anche per le opere progettate e costruite nelle zone gia' classificate sismiche dalla precedente normativa e secondo le Norme Tecniche precedenti (D.M. 16/01/96 e D.M. 14/09/05) si deve considerare che l'azione sismica veniva calcolata sulla base di una accelerazione orizzontale massima convenzionale tipica ed uniforme per ciascuna zona di classificazione.

Secondo le nuove NTC 2018 (D.M. 17/01/2018) l'accelerazione orizzontale deve essere calcolata puntualmente per ciascun sito in funzione delle coordinate geografiche e di altri parametri tra cui fondamentali sono le caratteristiche del terreno di fondazione; in alcuni casi puo' essere necessaria una indagine di Risposta Sismica Locale. Inoltre le verifiche devono esssere eseguite con il calcolo agli stati limite e non piu' con il metodo delle tensioni ammissibili. Quindi anche per tali opere puo' rendersi necessaria una verifica qualora l'accelerazione orizzontale calcolata per il sito risulti maggiore di quella convenzionale della zona secondo le Norme precedenti.

Inoltre le apparecchiature degli impianti venivano generalmente calcolate autonomamente, applicando l'azione sismica al baricentro delle masse, spesso senza tenere conto dell'effetto della mobilita' dei liquidi contenuti, e le relative fondazioni venivano poi calcolate separatamente applicando i carichi in fondazione trasmessi dall'apparecchiatura e autonomamente calcolati.

Secondo le NTC 2018 e l' Eurocodice 8 il sistema apparecchiatura-fondazione deve essere considerato nel suo complesso e verificato per equilibrio, resistenza e stabilita' ed inoltre per apparecchiature verticali snelle il baricentro sismico risulta sensibilmente diverso dal baricentro delle masse.
Inoltre non si puo' prescindere dalla mobilita' dei liquidi contenuti (cd. "sloshing")sui quali l'azione sismica si esplica in parte come azione inerziale ("impulsive") ed in parte come azione dinamica ("convective") influenzando in maniera notevole i periodi propri di vibrazione della struttura e quindi il relativo spettro di risposta.

In definitiva e' opportuno valutare attentamente la necessita' di sottoporre a verifica sismica non solo gli impianti ed i fabbricati per i quali tale verifica e' obbligatoria ma anche quelli che comunque insistono in zona classificata sismica, principalmente ai fini della prevenzione degli infortuni sui luoghi di lavoro ma anche, e non irrilevante, ai fini della salvaguardia dei capitali fissi, della continuita' della produzione aziendale e della riduzione degli oneri assicurativi.
Ed in generale, per unita' produttive operanti in zona sismica, ai sensi del DLgs. n. 81/08 (All. IV, 1.1) le opere e strutture presenti sui luoghi di lavoro devono possedere stabilita' e solidita' corrispondenti al loro tipo di impiego ed alle caratteristiche ambientali del sito.

L'esperienza acquisita ha evidenziato che le criticita' piu' ricorrenti sono relative a

  • Serbatoi di stoccaggio cilindrici verticali a fondo piano, per scorrimento o ribaltamento
  • Ancoraggi di serbatoi cilindrici verticali a fondo piano
  • Ritti di supporto ed ancoraggi di serbatoi cilindrici verticali su piedritti o su gambe
  • Supporti, punti fissi e tubazioni di linee di trasferimento o di circuiti idraulici disposti su racks, con rilevante estensione plani-altimetrica

La Societa' Italiana Costruzioni Industriali esegue le verifiche sismiche degli impianti e dei fabbricati secondo le metodologie descritte in seguito.
I costi delle verifiche dipendono essenzialmente dalla disponibilita' della documentazione relativa alle caratterristiche operative, costruttive e dimensionali, per gli impianti, e dei progetti architettonici e strutturali per i fabbricati.
Generalmente negli stabilimenti industriali tale documentazione e' sempre disponibile. In tal caso, per gli impianti e per i casi piu' ricorrenti i costi sono decisamente contenuti, mentre per i fabbricati i costi dipendono dalla loro dimensione e complessita'.
Qualora tale documentazione non sia disponibile si rendono necessari rilievi e indagini il cui costo e' da valutarsi caso per caso.
Comunque e' necessaria una Relazione Geologica e Geotecnica sulle caratteristiche del terreno del sito aggiornata, redatta secondo le prescrizioni delle NTC 2018, la cui disponibilita' e' peraltro sempre opportuna anche ai fini di ogni futuro intervento nella stessa unita' produttiva.

Naturalmente possono essere eseguite verifiche anche per altre ipotesi di carico diverse dallo scenario sismico:

  • Fabbricato in esercizio + vento e neve
  • Apparecchio in esercizio + vento o neve
  • Apparecchio fuori servizio + vento
  • Apparecchio in montaggio + vento

La SICI fornisce sempre le raccomandazioni e puo' studiare e progettare eventuali interventi di messa in sicurezza ("miglioramento sismico") che si manifestassero necessari ad esito delle verifiche.

SPECIFICHE TECNICHE

La pericolosita' sismica del sito e' valutata conformemente alle disposizioni degli allegati A e B al D.M.I. 14/01/2008 e per torri, serbatoi e sistemi di tubazioni vengono applicate le prescrizioni degli Eurocodici e delle relative Appendici Nazionali:

EN 1998-1 - Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings
EN 1998-4 - Design of structures for earthquake resistance - Part 4: Silos, tanks and pipelines
EN 1998-6 - Design of structures for earthquake resistance - Part 6: Towers, masts and chimneys
EN 1993-1-1 - Design of steel structures - Part -1: General rules and rules for buildings
EN 1993-1-6 - Design of steel structures - Part 1-6: Strength and Stability of Shells
EN 1993-1-8 - Design of steel structures - Part 8 - Design of joints
EN 1993-4-1 - Design of steel structures - Part 4-1: Silos
EN 1993-4-2 - Design of steel structures - Part 4-2: Tanks
EN 13445-3 - Unfired Pressure Vessels - Part 3 - Design
D.M. 31/07/2012 - Approvazione delle Appendici nazionali recanti i parametri tecnici per 'applicazione degli Eurocodici

Per i grandi tanks di stoccaggio cilindrici verticali le verifiche possono essere eseguite secondo l' EN 1998-4 o secondo lo standard API 650 - Appendix E.

Le verifiche sismiche possone essere eseguite secondo approcci o metodologie diverse.

Valutazione della Sicurezza Sismica
In applicazione delle prescrizioni del Cap. 7.3.6 delle NTC 2018 consiste nel verificare la resistenza e la stabilita' delle apparecchiature se sottoposte ad una azione sismica di progetto quale quella prevista dalle norme stesse per il sito di installazione. Questa verifica e' importante per individuare eventuali interventi di miglioramento sismico opportuni o necessari per la messa in sicurezza dell'apparecchiatura. Il progetto (o l'eseguito) dell' intervento di miglioramento sismico deve essere a sua volta sottoposto a verifica.
Secondo questo approccio i calcoli vengono eseguiti come in sede di progettazione adottando per le variabili aleatorie (azione sismica, resistenza dei materiali, riempimento delle apparecchiature, etc) i loro valori caratteristici (frattili di ordine 0.05 per le resistenze dei materiali, di ordine 0.95 per le azioni sfavorevoli).

Valutazione della Vulnerabilita' Sismica
La Vulnerabilita' Sismica e' qui definita come rapporto tra la intensita' sismica di progetto prescritta dalla normativa (domanda) e la intensita' sismica che produce il collasso della apparecchiatura (capacita'); se la vulnerabilita' e' maggiore di 1 l'apparecchiatura non e' sicura per le condizioni di progetto previste. La verifica viene eseguita con una serie di analisi incrementali statiche (ISA) o dinamiche (IDA) scalando la intensita' sismica di progetto fino a determinare la intensita' sismica che produce il collasso dell'apparecchiatura.
La Sicurezza Sismica e' una condizione di stato, la Vulnerabilita' Sismica e' un parametro numerico.
Questa analisi dovra' essere necessariamente eseguita per determinare il coefficiente
zE (capacita'/domanda) che e' richiesto per la progettazione di eventuali interventi di "miglioramento sismico" dal par. 8.4.2 delle nuove NTC 2018.
Il grado di Vulnerabilita' Sismica cosi' definito corrisponde all'inverso dell' indice di sicurezza della struttura IS-V delle diverse Classi di Rischio Sismico del DM 28/02/2017.
Questa analisi fornisce una indicazione quantitativa del Livello di Sicurezza (inverso della vulnerabilita') disponibile che puo' essere sufficiente per apparecchiature in Seveso di soglia inferiore. Adottando per le variabili aleatorie invece dei loro valori caratteristici, come si deve in progettazione, i loro valori medi statistici questa analisi puo' fornire una valutazione conservativa del Rischio Sismico (frequenza media annua uguale all' inverso del tempo di ritorno dell'intensita' sismica che produce il collasso).

Valutazione affidabilistica della sicurezza sismica
Secondo questo approccio la valutazione della sicurezza sismica di una costruzione consiste nella quantificazione della frequenza media annua di superamento di uno stato limite di riferimento che nel caso di apparecchiature contenenti sostanze pericolose in impianti RIR e' lo stato limite di collasso SLC con riferimento sia alla perdita di tenuta sia al collasso totale. La differenza rispetto ai due approcci precedenti consiste nel fatto che le variabili aleatorie vengono prese in considerazione come valore medio statistico e deviazione standard. La suscettibilita' al collasso in funzione dei diversi valori che possono essere assunti dalle variabili aleatorie viene descritta da una "curva di fragilita' " che viene combinata con la "curva di pericolosita' " sismica del sito di installazione con il teorema delle probabilita' totali. Ne risulta la frequenza media annua di superamento dello stato limite di non collasso. La metodologia di calcolo e' molto complessa e computazionalmente laboriosa poiche' per determinare la curva di fragilita' e' necessario eseguire un numero di analisi incrementali (ISA o IDA) pari a 2 elevato al numero di variabili aleatorie prese in considerazione. Questo apporccio fornisce una valutazione quantitativa del Rischio Sismico a monte della valutazione degli effetti "domino" che il collasso puo' attivare nel contesto dell'impianto.

Per le apparecchiature degli impianti i calcoli sono eseguiti assumendo un comportamento non dissipativo mediante analisi lineare, statica o dinamica, in campo elastico con programmi di calcolo numerico sviluppati per le specifiche caratteristiche delle apparecchiature degli impianti industriali e che permettono un appropriato adattamento a caratteristiche costruttive particolari o a condizioni o vincoli locali. Per apparecchiature particolarmente complesse per geometria o per carichi, o quando prescritto dalla normativa di riferimento o richiesto dal Committente, viene eseguita una analisi FEM.

Per apparecchiature di nuova o recente installazione non contenenti sostanze pericolose viene verificato lo stato limite SLV con vita nominale uguale alla vita prevista per l'apparecchiatura (NTC 7.3.6). Per apparecchiature vecchie viene verificato il piu' gravoso fra lo stato limite SLV ragguagliato alla vita pregressa + vita residua prevista e lo stato limite SLC ragguagliato alla sola vita residua prevista per l'apparecchiatura.
Per apparecchiature di impianti in Seveso viene sempre eseguita la verifica per lo stato limite SLC.

Il periodo del primo modo di vibrare della stuttura e' calcolato con algoritmi specifici per tali apparecchiature e che tengono conto delle loro caratteristiche dimensionali e costruttive effettive e, se del caso, anche dell'interazione suolo-struttura (metodo Rayleigh-Ritz).
Per apparecchiature verticali sensibilmente snelle si tiene conto degli effetti del 2 ordine e dell'effetto del "rocking ".
Per le verifiche viene adottato un fattore di comportamento q quale quello previsto dall' EC 8 per la tipologia e per le caratteristiche costruttive dell' apparecchiatura ; per apparecchiature intrinsecamente isostatiche, prive di membrature con capacita' dissipativa propria appositamente progettate, viene adottato un fattore di comportamento q=1.5.
Il complesso apparecchiatura-fondazione-terreno e' verificato per equilibrio come corpo rigido (EQU), per stabilita' del terreno di fondazione (GEO) e per resistenza (STR). I calcoli sono eseguiti secondo l'Approccio 2 delle NTC 2018 (6.4.2.1) con i coefficienti parziali A1 + M1 + R3.
Una piu' approfondita e dettagliata esposizione delle problematiche connesse alla progettazione e verifica per azioni sismiche delle apparecchaiture industriali di processo e' disponibile
in sintesi sul link http://www.sicimpianti.com/documents/seismicequipments.pdf (solo testo - 522 Kb) o in bibligrafia [2] e per gli impianti a Rischio di Incidenti Rilevanti in bibligrafia [3] o in sintesi (solo testo - 66 Kb) sul link http://www.sicimpianti.com/documents/RIRplants.pdf .

Per apparecchiature o tubazioni PED, o che sono soggette a pressione interna a causa del carico liquido o solido di esercizio, le verifiche sono eseguite anche secondo le norme EN 13445 o EN 13480.
In particolare per le tubazioni convoglianti liquidi, che possono presentare rilevanti effetti di colpo d'ariete anche oltre le previsioni dell' EC 8, una sintesi delle problematiche connesse e' consultabile in bibliografia [1]
.Una piu' approfondita e dettagliata analisi delle metodologie di calcolo e' consultabile sul link http://www.sicimpianti.com/documents/seismicpiping.pdf (solo testo - 111 Kb).

Possono essere verificate apparecchiature posate direttamente sulla fondazione, su gonna di sostegno, su piedritti o su selle .
Possono essere verificate apparecchiature costruite con qualsiasi tipo di acciaio.
Per apparecchi costruiti in PRFV la verifica e' eseguita secondo le norme EN 13121 ed e' necessario conoscere oltre alla qualita' della resina anche la composizione del laminato stratificato.
Nei calcoli si tiene conto del sovraspessore di corrosione, in atto o prevedibile, della tolleranza di fabbricazione delle lamiere, e delle tolleranze di costruzione sul diametro e per ovalizzazione.

Per i fabbricati le verifiche sono eseguite con programma di calcolo agli elementi finiti e per gli stati limite ultimo SLV e di esercizio SLD secondo le NTC 2018.

Per ogni verifica viene fornita una Relazione Tecnica di progetto ed una Relazione di Calcolo con i risultati delle valutazioni e le eventuali raccomandazioni di intervento.

NOSTRE PUBBLICAZIONI SULL'ARGOMENTO

[1] Brunelli G. - Verifica degli effetti sismici su tubazioni di impianti industriali - Impiantistica italiana - Luglio-Agosto 2013 (0.47 MB)

[2] Brunelli G., Borgognoni F. - Verifica sismica della apparecchiature industriali di processo - Impiantistica italiana - Novembre-Dicembre 2014 (2.88 MB)

[3] Brunelli G. - Verifiche sismiche negli impianti a Rischio Incidenti Rilevanti - ICPMagazine - Luglio-Agosto 2016 (1.96 MB)

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