Serbatoi metallici fuori terra - Analisi e confronto di metodi progettuali e produttivi

5 
1.0 - PREMESSA 
 Il deposito e la conservazione dei prodotti liquidi è un problema che ha 
preoccupato l’uomo sin dall’età della pietra; egli, infatti, ha utilizzato 
recipienti per conservare i liquidi vitali come l’acqua, costruiti inizialmente 
con pelli di animali passando successivamente ai recipienti di pietra, di 
terracotta, di bronzo e in acciaio. 
 La capacità di tali serbatoi è andata gradualmente aumentando con le 
necessità della vita sociale e nell’era industriale, la quantità di prodotti 
liquidi che è necessario stoccare, sia nella fase di trasformazione sia nella 
fase di utilizzazione, è enormemente aumentata. Il materiale che si è 
rivelato più adatto a contenere una vasta qualità di liquidi è l’acciaio anche 
perché ha proprietà elastiche e resistenti che ben risolvono i problemi 
progettuali ed esecutivi. Vi è da considerare, inoltre, che molti prodotti 
liquidi industriali non potrebbero essere immagazzinati in serbatoi in 
cemento armato a causa delle loro piccolissime dimensioni molecolari (ad 
es. gasolio, benzine, ecc.) alle quali il calcestruzzo è permeabile. 
 I progressi registratasi nel campo della saldatura hanno incentivato l’uso di 
serbatoi metallici di grandi capacità che ben si adattano a qualsiasi esigenza 
industriale. 
 
 Lo sviluppo di questo elaborato affronta il dimensionamento statico-
idraulico dei serbatoi metallici fuori terra a tetto fisso che lavorano a 
pressione atmosferica utilizzando i calcoli classici della statica dei fluidi. 
Tali calcoli terranno conto delle norme armonizzate europee recepite dallo 
stato Italiano con i contenuti del “Testo Unico - Norme Tecniche per le 
Costruzioni” di cui al D. M. 14 gennaio 2008 e delle “Istruzioni per 
l’applicazione delle NTC” emesse dal Consiglio Superiore dei Lavori 
Pubblici e pubblicati in G.U. il 26 febbraio 2009 oltre che delle “Istruzioni 
per la valutazione delle azioni e degli effetti del vento sulle costruzioni” 
emesse dal CNR (DT 207/2008). Si terrà conto, inoltre, del parere
6 
favorevole all’adozione degli Annessi Tecnici Nazionali agli Eurocodici, 
altrimenti detti Appendici Nazionali (del 24.09.2010 e del 25.02.2011)  da 
parte dell’Assemblea Generale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici 
che costituisce la necessaria tappa tecnica propedeutica alla loro adozione 
formale.  
 
 I risultati saranno confrontati con le norme API STANDARD 650 
(American Petroleum Institute) 11
th
 Edition aggiornate al 1° febbraio 2012 
utilizzate dalle industrie nella costruzione di serbatoi metallici saldati.
7 
2.0 - FATTORI CONDIZIONANTI LA PROGETTAZIONE 
 Per dimensionare le parti componenti il serbatoio è necessario prendere in 
considerazione numerosi fattori: 
1) Sicurezza e prestazioni attese 
2) La pressione idrostatica 
3) Il carico della neve 
4) L’azione del vento 
5) L’azione sismica 
6) Il peso proprio del serbatoio 
7) La temperatura ambiente e di lavoro 
8) La corrosione 
9) Gli accessori 
10) Le sovrapressioni idrauliche 
 
2.1 – SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE 
 La progettazione dei serbatoi deve prendere in considerazione la sicurezza 
e le prestazioni attese considerando l’insieme delle probabilità di 
superamento degli stati limite che si possono verificare durante la vita 
normale prevista per l’utilizzo del serbatoio.  
 
2.1.1 – Vita nominale. 
 La vita nominale di progetto (V
N
) di una struttura è intesa come il periodo 
di tempo nel quale la struttura, regolarmente manutenzionata, deve potere 
essere usata per lo scopo al quale è destinata.  
 I livelli di sicurezza da garantire devono essere precisati in termini di 
probabilità annua di collasso e si esprimono imponendo un limite superiore 
al valore accettabile di tale probabilità. I loro valori risultano da un 
compromesso con valutazioni economiche e sono condizionati all’ipotesi di 
garanzie di qualità in costruzione e mantenimento, tali da escludere la 
possibilità di errori grossolani.
8 
 Indicativamente la vita nominale di progetto delle diverse tipologie di 
strutture è: 
-  < 10 anni: per strutture provvisionali e strutture in fase costruttiva. 
- ≥ 50 anni: per opere ordinarie. Riguarda le costruzioni il cui uso prevede 
normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e 
senza funzioni pubbliche e sociali essenziali. Industrie con 
attività non pericolose, reti viarie e ferroviarie la cui interruzione 
non provoca situazioni di emergenza. 
- ≥ 100 anni: per grandi opere. Riguarda le costruzioni il cui uso prevede 
affollamenti significativi, industrie con attività pericolose per 
l’ambiente, reti viarie e ferroviarie la cui interruzione provochi 
situazioni di emergenza e costruzioni con funzioni pubbliche o 
strategiche importanti, sociali essenziali.  
 La scelta delle vita nominale di progetto è compito del Committente di 
concerto con il Progettista, secondo gli indirizzi previsti dalla legge, e deve 
essere espressamente dichiarata in progetto. Per quanto riguarda i serbatoi è 
opportuno inquadrarli nelle costruzioni con vita media  ≥ 50 anni o ≥ 100 
anni a seconda se contengono rispettivamente prodotti non pericolosi o 
pericolosi per l’ambiente. 
 
2.1.2 – Classi d’uso. 
 Il Decreto del Capo Dipartimento della Protezione Civile n. 3685 del 21 
ottobre 2003 ha stabilito che il carattere strategico di un’opera o la sua 
rilevanza per le conseguenze di un eventuale collasso, sono definiti dalla 
classe d’uso. 
 In presenza di azioni sismiche, con riferimento alle conseguenze di una 
interruzione di operatività o di un eventuale collasso, le costruzioni sono 
suddivise in classi d’uso così definite:
9 
 
 
Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici 
agricoli. 
Classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza 
contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche e 
sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose per 
l’ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in 
Classe d’uso III o in Classe d’uso IV, reti ferroviarie la cui 
interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui 
collasso non provochi conseguenze rilevanti. 
Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. 
Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Reti viarie 
extraurbane non ricadenti in Classe d’uso IV. Ponti e reti ferroviarie 
la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti 
per le conseguenze di un loro eventuale collasso. 
Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, 
anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di 
calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per 
l’ambiente. Reti viarie di tipo A o B, di cui al D.M. 5 novembre 
2001, n. 6792, “Norme funzionali e geometriche per la costruzione 
delle strade”, e di tipo C quando appartenenti ad itinerari di 
collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade 
di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per il 
mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un 
evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di acquedotti e a 
impianti di produzione di energia elettrica.
10 
2.1.3 – Periodo di riferimento e periodo di ritorno 
 Il periodo di riferimento V
R 
entro cui devono essere valutate le azioni su 
ciascuna costruzione deve calcolarsi applicando un coefficiente d’uso C
U 
alla vita nominale V
N
.
 
 
V
R
 = V
N
C
U
 
 Il valore di C
U
 è definito, al variare della classe d’uso, secondo il seguente 
prospetto: 
CLASSE D’USO             I       II       III         IV 
COEFFICIENTE C
U
        0,7     1,0       1,5        2,0 
Se V
R
 ≤ 35 anni si pone comunque V
R
 = 35 anni. 
 Il periodo di ritorno, in generale, è definito come l’intervallo di tempo che 
intercorre tra due eventi dello stesso tipo.  
 
2.2 – PRESSIONE IDROSTATICA 
  La pressione idrostatica è la sollecitazione più importante alla quale è 
sottoposto l’involucro del serbatoio; essa assume il valore massimo in 
corrispondenza del fondo decrescendo sino ad annullarsi all’altezza 
massima raggiungibile dal liquido. 
 
 La legge fondamentale dell’idrostatica  stabilisce che:  
p =  gh                          
 
dove:  p = pressione  
 = densità del liquido  
g = accelerazione di gravità     
h = altezza massima raggiungibile dal liquido  
 
 Si riporta nella Tabella 2.2.1 la densità dei liquidi normalmente 
immagazzinati nei serbatoi metallici
11 
 
 
 
Peso dei liquidi (a temperatura ambiente) in kg/l normalmente immagazzinati nei 
serbatoi metallici  
Liquido Peso kg Liquido Peso kg 
Acido acetico 1,070 Etere di petrolio 0,680 
Acido Cloridrico 0,910 Etere etilico 0,740 
Acido Cloridrico 40% 1,200 Glicerina anidra  1,270 
Acido nitrico 25% 1,150 Latte 1,030 
Acido nitrico 100% 1,530 Mercurio 13,595 
Acido Solforico 7,5% 1,050 Nafta, Petrolio 0,760 
Acido Solforico 87% 1,800 Olio di catrame 1,100 
Acido Solforico fumante 1,890 Olio di semi 0,960 
Acqua di mare 1,030 Olio minerale lubrificante 0,960 
Acqua pesante 1,110 Petrolio illuminante 0,840 
Alcool puro 0,790 Potassa caustica 12% 1,100 
Anidride carbonica 1,870 Potassa caustica 63% 1,700 
Anilina 1,040 Soda caustica 13% 1,150 
Benzina 0,800 Soda caustica 60% 1,700 
Benzolo 0,900 Solfato di rame 1,150 
Birra 1,050 Solfato di zinco 55% 1,400 
Bromo 3,190 Soluzione satura NaCl 1,200 
Catrame  1,240 Trementina 0,880 
Cloroformio 1,480 Vino 1,000 
 
Tabella 2.2.1
12 
2.3 – IL CARICO DELLA NEVE 
 Il carico dovuto alla neve è la sollecitazione alla quale può essere soggetto 
il tetto del serbatoio. Esso è variabile a seconda della zona ed è preso in 
considerazione dalle rilevazioni statistiche delle precipitazioni massime 
annue. 
 L’Italia è stata divisa in quattro zone come dalla seguente Figura 2.3.1 per 
le quali la normativa ha fissato un carico al suolo secondo la Tabella 2.3.1. 
 
 
 
Figura 2.3.1