La passerella ibrida aumenta la sicurezza nelle zone sismiche

La progettazione e la costruzione di strutture di passerelle per tubazioni a supporto di condotte di processo in raffinerie petrolifere operative, in particolare in regioni ad alta sismicità, presentano sfide ingegneristiche formidabili. I tradizionali metodi di costruzione in calcestruzzo gettato in opera affrontano rigorosi limiti nell'industria petrolchimica a causa di complessi processi di autorizzazione in cantiere, requisiti di sicurezza dei lavoratori elevati e potenziali ritardi nella pianificazione. Questo articolo esplora una soluzione innovativa: una struttura ibrida prefabbricata in calcestruzzo per passerelle con supporti in acciaio, dettagliando la sua filosofia di progettazione, le specifiche tecniche e l'implementazione pratica in ambienti operativi complessi.

I requisiti unici degli impianti petrolchimici impongono molteplici e rigorose esigenze alla progettazione delle passerelle:

• Sicurezza e conformità normativa: Gli impianti petrolchimici operano secondo rigorosi protocolli di sicurezza in cui l'ottenimento di permessi di lavoro per la costruzione in cantiere è sia dispendioso in termini di tempo che complesso. La prefabbricazione riduce significativamente il lavoro in cantiere, aggirando queste sfide di autorizzazione e migliorando l'efficienza del progetto.
• Sensibilità alla pianificazione: I ritardi nei progetti degli impianti petrolchimici comportano costi eccezionalmente elevati. Metodi di costruzione efficienti e rapidi diventano essenziali per il successo del progetto.
• Sfide speciali per le condotte di processo: Alcune condotte, come i sistemi di gas di torcia contenenti condensati altamente corrosivi, richiedono un flusso per gravità e non possono utilizzare supporti scorrevoli convenzionali. Queste condotte generano notevoli forze di ancoraggio durante l'espansione termica, richiedendo strutture di supporto specializzate che resistano efficacemente o limitino lo spostamento per proteggere le connessioni delle apparecchiature.

Uno studio di caso di progetto specifico dimostra queste sfide:

• Configurazione strutturale: Colonne a sbalzo prefabbricate in calcestruzzo lunghe 300 metri (1.000 piedi) a supporto di condotte di processo.
• Caratteristiche di carico: Le condotte ancorate ai terminali del percorso generano carichi termici orizzontali di circa 60 kN (13,5 kip).
• Altezza strutturale: I requisiti di processo impongono una struttura alta 11 metri (37 piedi).
• Specifiche delle condotte: Condotte primarie con diametri esterni di 10, 20 e 60 pollici (250, 510 e 1.520 mm), ciascuna richiedente valvole a saracinesca obbligatorie per la sicurezza del peso fino a 140 kN (31,5 kip) per il diametro maggiore.

Gli impianti petrolchimici operativi presentano tipicamente intricate reti di utenze sotterranee. La progettazione delle fondazioni ha affrontato questo aspetto attraverso:

• Ingombro ridotto: Fondazioni indipendenti compatte per evitare ostruzioni sotterranee.
• Flessibilità di progettazione: Configurazioni altamente adattabili che consentono aggiustamenti in fase avanzata. Travi di collegamento rigide tra fondazioni indipendenti ridistribuiscono le forze laterali impedendo al contempo cedimenti differenziali.

L'analisi delle prestazioni sismiche ha seguito gli standard ASCE 7-10 e INPRES-CIRSOC 103:

Il sistema di resistenza al carico trasversale ha impiegato telai prefabbricati in calcestruzzo seguendo i principi di progettazione per capacità:

• Selezione del meccanismo plastico: Meccanismi cinematicamente ammissibili che massimizzano la duttilità globale.
• Definizione delle cerniere plastiche: Identificazione esplicita delle potenziali zone di cerniera plastica.
• Protezione della zona elastica: Regioni non cerniera progettate con resistenza superiore alle forze delle cerniere potenziate dalla sovraresistenza.
• Colonna forte-trave debole: Configurazione che privilegia la dissipazione stabile dell'energia.

Le giunzioni delle barre d'armatura sono state strategicamente posizionate a metà campata delle travi, lontano dalle zone di cerniera plastica, seguendo pratiche sismiche comprovate da regioni ad alta sismicità come Hawaii e Nuova Zelanda.

Il sistema longitudinale ha utilizzato telai speciali in acciaio con controventatura concentrica secondo ANSI/AISC 341-05:

• Progettazione delle connessioni: Connessioni imbullonate che consentono tolleranze di installazione attraverso fori maggiorati.
• Trasferimento di forza: Piastre in acciaio incorporate e malta a presa rapida che garantiscono un affidabile trasferimento del carico.
• Progettazione dei componenti elastici: Travi e staffe progettate utilizzando forze sismiche potenziate dalla sovraresistenza.

Il sistema prefabbricato ha dimostrato un'eccellente costruibilità con solo lievi aggiustamenti nel posizionamento dell'attrezzatura di sollevamento durante l'installazione.

I principali risultati di questa applicazione in alta sismicità includono:

• La metodologia di progettazione per capacità si rivela essenziale per le prestazioni sismiche.
• Le giunzioni delle barre d'armatura a metà campata migliorano efficacemente le prestazioni delle connessioni.
• La controventatura in acciaio fornisce benefici sia tecnici che di pianificazione.
• I metodi di progettazione convenzionali sono sufficienti per i componenti in calcestruzzo armato nei telai controventati.
• I principi di progettazione della controventatura in acciaio si traducono con successo in sistemi ibridi.