Fattori chiave nella progettazione sismica per impianti industriali

Nelle regioni soggette a frequenti terremoti, garantire il funzionamento sicuro e stabile degli impianti industriali è diventata una sfida critica. La progettazione antisismica è emersa come una componente indispensabile dei moderni progetti di ingegneria. Questo articolo esamina gli elementi chiave della progettazione resistente ai terremoti per le infrastrutture industriali, concentrandosi sui sistemi di vincolo sismico, sulle apparecchiature di isolamento delle vibrazioni e sulle misure protettive per tubazioni e macchinari.

In una centrale nucleare canadese, sono stati installati dispositivi di vincolo sismico sulle tubazioni di alimentazione, ancorandoli alla superficie del serbatoio di schermatura della calandria sotto la faccia del reattore. Questi gruppi di alberi filettati, classificati come strutture di supporto ai sensi delle norme di progettazione ASME B&PV Code NF, limitano il movimento degli alimentatori durante gli eventi sismici per ridurre i carichi indotti dai terremoti. Il trattamento "cold spring" post-installazione garantisce prestazioni ottimali durante i terremoti reali.

Le apparecchiature con isolamento dalle vibrazioni in zone ad alta sismicità richiedono sistemi di vincolo specializzati che non compromettano le prestazioni di isolamento. Mentre alcuni isolatori integrano capacità di vincolo, la maggior parte richiede sistemi di vincolo tridimensionali separati. Le apparecchiature leggere sospese possono utilizzare cavi di acciaio intrecciati allentati, con tutti i sistemi che richiedono la revisione dell'ingegneria strutturale e la conformità al codice.

I sistemi di isolamento massa-molla presuppongono supporti rigidi, rendendo fondamentale la costruzione di sistemi di supporto sufficientemente rigidi rispetto alla deflessione dell'isolatore. Per strutture leggere come le apparecchiature montate sul tetto, sono preferiti sistemi indipendenti di travi in acciaio supportati da colonne di fondazione. Quando si utilizzano piastre di cemento su lastre di copertura sottili (inferiori a 4,5 pollici), le dimensioni dovrebbero superare le impronte delle apparecchiature di 12 pollici per distribuire efficacemente i carichi.

Le apparecchiature rotanti con massa significativa o coppia di avviamento elevata traggono vantaggio dalle basi inerziali in cemento supportate da isolatori a molla. Pur non migliorando l'efficienza di isolamento, queste basi riducono lo spostamento dalle forze motrici e stabilizzano le apparecchiature alte. Le basi tipiche delle pompe pesano 2-3 volte l'apparecchiatura supportata, mentre i compressori sbilanciati possono richiedere 5-7 volte il loro peso.

Le tubazioni trasmettono rumore e vibrazioni dal movimento dei fluidi e dalle apparecchiature collegate. Le misure di isolamento critiche includono:

• Isolamento dei primi tre punti di supporto (circa 50 piedi per tubi di grandi dimensioni)
• Utilizzo di connettori flessibili per tubi con diametro superiore a 5 pollici
• Adattamento dell'espansione termica in montanti e tubi lunghi
• Nei sistemi ad alta pressione, gli attenuatori di impulsi con membrane riempite di gas aiutano a dissipare le vibrazioni trasportate dai fluidi.

I condotti ad alta pressione (≥4 pollici di pressione statica dell'acqua) richiedono l'isolamento per 30 piedi dai ventilatori, supportati da sospensioni a molla con una deflessione minima di 3/4 di pollice. Le posizioni sensibili come gli studi necessitano di un isolamento corrispondente alle apparecchiature collegate per i primi tre supporti, con requisiti ridotti oltre.

Il mantenimento delle valutazioni acustiche richiede un'attenta sigillatura attorno alle penetrazioni dei tubi. I fori dovrebbero superare il diametro del tubo di 1 pollice, riempiti con isolamento o protezione antincendio e sigillati. Metodi di sigillatura diversi si applicano alle strutture in cemento rispetto a quelle in legno, con manicotti per tubi commerciali disponibili per soluzioni standardizzate.

I condotti elettrici rigidi per le apparecchiature isolate devono includere sezioni flessibili con gioco sufficiente per formare anelli a 360°, impedendo la trasmissione delle vibrazioni attraverso i percorsi elettrici.

Gli eventi sismici, causati da improvvisi movimenti crostali, possono generare carichi devastanti in pochi secondi. I codici moderni richiedono che le strutture resistano a carichi laterali minimi (V) considerando la risposta anelastica, la ridondanza del sistema e la duttilità. Con circa 300.000 terremoti annuali in tutto il mondo, una progettazione adeguata è essenziale per gli impianti in zone attive.

I componenti meccanici, elettrici e architettonici richiedono la progettazione per forze statiche equivalenti e richieste di spostamento relativo. La categoria di progettazione sismica corrisponde in genere alla struttura di supporto, con considerazioni speciali quando le strutture non edili comprendono meno del 25% del peso combinato.

Gli impianti critici come gli impianti GNL richiedono una revisione indipendente della progettazione da parte di specialisti sismici, inclusa l'analisi degli spettri specifici del sito, il comportamento non lineare sotto carico ciclico e la verifica delle prestazioni dei componenti. Misure aggiuntive riguardano lo sloshing del liquido, la flessibilità dei collegamenti e l'adattamento dello spostamento.