Problematiche di progetto di silos a parete sottile

La progettazione dei silos snelli a pareti sottili (Eurocodice 1 parte 4) è essenzialmente governata dall’attento controllo dei fenomeni di instabilità locali e globali. Sono richieste valutazioni puntuali dello stato tensionale in tutti gli elementi strutturali mediante la costruzione di modelli numerici capaci di cogliere il comportamento tridimensionale del silo soprattutto in corrispondenza delle discontinuità all’attacco, ad esempio, del mantello/tramoggia e le colonne di supporto. Lo studio di tale comportamento è reso complesso, inoltre, dalla variabilità delle caratteristiche pulverulenti dei materiali insilati e dall’interazione di questi con le pareti interne del silo. Per tali particolari materiali si possono generare, ad esempio, condizioni precarie di equilibrio che potrebbero comportare la formazione di volte con forti concentrazioni locali di spinte sulle pareti laterali del silo e violente percussioni sul fondo quando tali materiali si schiantano. Inoltre, i dati sperimentali di letteratura risultano fortemente disomogenei.
Una erronea valutazione degli effetti indotti dall’instabilità locale su serbatoi a parete sottile per eccesso di sforzi di compressione nel piano delle lamiere nella direzione verticale può comportare condizioni particolarmente gravose in fase di carico e scarico.

 

I silos in oggetto sono realizzati in carpenteria metallica e presentano un diametro D=3180mm. Sono posizionati all’interno di un capannone industriale esistente e poggiano ciascuno su colonne indipendenti mediante quattro mensole realizzate con piatti sagomati. Essi sono adiacenti e sono messi in comunicazione mediante passerelle di collegamento in carpenteria metallica ed hanno una unica platea di fondazione. L’ispezione e la manutenzione dei silos avviene mediante una scala esterna realizzata in carpenteria metallica.

I principali elementi strutturali sono:
–        mantello cilindrico in lamiere calandrate;
–        cono superiore a geometria troncoconica;
–        tramoggia con foro di scarico centrale;
–        colonne di sostegno realizzate con tubolari cavi e vincolate ad elementi in c.a. di fondazione;
–        elementi di controvento realizzati con tubolari cavi e vincolati agli elementi di sostegno.

 

Geometria
	Lunghezza totale [mm]	Lunghezza parziale [mm]	Diametro esterno [mm]	Spessore [mm]	Volume [mc]
Coperchio	–	–	3.180	6	–
Mantello	18.000	15.000	3.180	4	0,45
		3.000	3.180	3	0,12
Cerchiatura alla base del mantello	100	–	3.188	8	0,0004
Tramoggia	2.400	–	3.180-1900	5	0,096
Colonne di sostegno  (tubo cavo 250×250×6.3)	4.610	–	–	6,3	–
Elementi di controvento(tubo cavo 100×100×3)	–	–	–	3	–
Barre orizzontali (tubo cavo 100×100×3)	–	–	–	3	–

 

Gli elementi strutturali delle opere in oggetto sono realizzati con i seguenti materiali:
–         profilati cavi spessi 3 mm e lamiere: acciaio tipo Fe 360;
–         profilati restanti: acciaio tipo Fe 430;
–         bulloni in elevazione: classe 8.8;
–         saldature: semiautomatiche sotto gas protettore o equivalenti.

 

Caratteristiche meccaniche Fe360
Modulo di Young (E)	210000 N/mmq
Coefficiente di Poisson (ν)	0,30
Peso specifico (y)	7.697 N/mmc
Modulo di taglio (G)	80769 N/mmq
Tensione ultima a rottura (fu)	360 N/mmq
Tensione di snervamento (fy)	235 N/mmq

 

Caratteristiche meccaniche Fe430
Modulo di Young (E)	210000 N/mmq
Coefficiente di Poisson (ν)	0,30
Peso specifico (y)	7.697 N/mmc
Modulo di taglio (G)	80769 N/mmq
Tensione ultima a rottura (fu)	430 N/mmq
Tensione di snervamento (fy)	275 N/mmq

 

I risultati ottenuti dalle analisi di buckling consentono inoltre di definire una strategia di consolidamento e valutarne speditivamente il miglioramento dei livelli di sicurezza nei confronti dei fenomeni di instabilità. A tal proposito, si prevede, l’inserimento di virole lungo l’elevazione del mantello e della tramoggia e la predisposizione di irrigidimenti verticali del mantello in corrispondenza degli appoggi:

–         virole disposte ad interasse 1800 mm lungo il mantello del silo, realizzate con piatti 8×100;
–         virole disposte ad interasse 1500 mm lungo la tramoggia, realizzate con piatti 8×100;
–         virola disposta in corrispondenza dell’attacco mantello-tramoggia, realizzate con piatti 8×300;
–         elementi irrigidenti verticali disposti in corrispondenza delle colonne, realizzati con piatti 8×200.

 

Modo	Moltiplicatori di Collasso
1	8,40
2	8,46
3	8,49
4	8,60
5	8,61
6	8,63

Sicurezza nei confronti dei fenomeni di instabilità
nelle condizioni di progetto

NORME DI RIFERIMENTO

• UNI EN 1991-4:2006 Eurocodice 1 – Azioni sulle strutture – Parte 4: Azioni su silos e serbatoi;
• UNI EN 1993-4-1:2007 Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture in acciaio – Parte 4-1: Silos;
• UNI EN 1998-4:2006 Eurocodice 8 – Progettazione delle strutture per la resistenza sismica – Parte 4: Silos, serbatoi e condotte;
• UNI EN 1993-1-5:2007 Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture di acciaio – Parte 1-5: Elementi strutturali a lastra.

BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO

1. Carson J. W., Holmes T., Silo Failures: why do they happen?, 2003
2. Jenike A.W. 1964 Bulletin (123), Univerity of Utah Engineering Experiment Station
3. Jenike A.W. 1980 Unit and Bulk Materials Handing (Loeffler F. J. and Proctor C. R., Eds), ASME
4. Carson J. W. and Jenkyn R. T. 1993 Load Development and Structural Consideration in Silo Design, Presented at Reliable Flow of Particulate Solids II, Oslo, Norway
5. Pozzati P. Teoria e Tecnica delle Strutture, Volume Primo: Preliminari e Fondamenti, Unione Tipografico -Editrice Torinese.
6. Eurocodice 1. Basi di calcolo sulle strutture. Parte 4: Azioni su silos e serbatoi. UNI ENV 1991-4
7. CSI Analysis Reference Manual for Sap2000, Etabs and Safe
8. Ansourian, P. (1992) “On the buckling analysis and design of silos and tanks”, J. Construct. Steel Research, Vol. 23
9. Petti L., Felicia Santoro F., Iannone E. “Problematiche di progetto di silos a parete sottile: un caso studio” Costruzioni Metalliche – n.1 2012″