SERBATOIO

SERBATOIO (XXXI, p. 412)

Serbatoi sferici e sferoidali. - Nei serbatoi cilindrici la resistenza del materiale che costituisce il mantello è utilizzata quasi unicamente in una direzione, quella dei paralleli, secondo la quale si esercitano gli sforzi di tensione dovuti alla pressione del fluido contenuto. Per una più economica soluzione occorre adoperare superfici a doppia curvatura nelle quali è possibile ottenere l'uguaglianza, o quasi, delle sollecitazioni principali massime (le quali possono anche non essere contemporanee, ma corrispondere ciascuna ad una data condizione di carico).

Se il serbatoio deve contenere solamente gas in pressione, la forma che risponde a queste esigenze è la sfera. Per quanto dipende dalla pressione interna, che è uguale in tutte le direzioni, le sollecitazioni principali nell'involucro sono in tutti i punti uguali e ortogonali tra loro: il materiale è pertanto utilizzato al massimo grado. Sono invece le sollecitazioni secondarie dovute al peso proprio e alla spinta del vento, se la costruzione vi è esposta, che rappresentano le maggiori soggezioni, delle quali va tenuto debito conto nel calcolo. I serbatoi sferici vengono in genere appoggiati lungo un circolo massimo orizzontale, o lungo un parallelo di poco sottoposto ad esso. Il modo di appoggio deve lasciare libertà di dilatazione all'involucro. La suddivisione delle lamiere è assai più laboriosa di quella di un serbatoio cilindrico e le lamiere stesse debbono essere imbutite secondo calotte sferiche. L'unione si fa mediante saldatura autogena, di preferenza elettrica, testa a testa dei bordi delle lamiere affacciate.

Per i serbatoi di liquidi, se dovessero restare sempre pieni completamente, la forma del loro involucro sarebbe indicata da quella che assume ad es. una vescica di gomma, inizialmente sferica, quando piena di acqua sia vincolata al terreno come il serbatoio; se questo è appoggiato su un piano orizzontale, la forma è anche quella di una goccia di mercurio posata su un piano.

In pratica pero i serbatoi vengono riempiti, vuotati e mantenuti ad un certo grado di riempimento parziale, quindi la forma da adottare deve tener conto di queste variabili condizioni di carico.

Si deve soprattutto tener conto del pericolo di svergolamento (flambage) che è tanto più temibile, intuitivamente, quanto minore è lo spessore in rapporto al raggio di curvatura. La forma che ne risulta, per i serbatoi appoggiati, è ancora simile a quella della goccia posata sul piano. Essa viene talora realizzata, approssimativamente, con una calotta sferica superiore, raccordata ad una porzione di superficie torica, terminata in basso dal piano di appoggio (fondo del serbatoio). In altre costruzioni è stata usata per il cielo del serbatoio una calotta di elissoide di rivoluzione (raggio max. al centro), raccordata, attraverso una stretta fascia cilindrica, ad una superficie torica a raggio variabile.

A. Caquot ha trovato molto vantaggioso, per la stabilità contro lo svergolamento, disporre un secondo appoggio, oltre a quello di fondo, in corrispondenza della fascia cilindrica di raccordo. Tale appoggio viene attuato in modo da lasciare libertà di dilatazione radiale all'involucro. In altre costruzioni, invece, la stabilità contro lo svergolamento si raggiunge disponendo all'interno del serbatoio una leggera armatura metallica reticolare di controventamento.

Un'altra forma dell'involucro può essere quella della goccia che si distacca da un piano: in tal caso il serbatoio è sospeso secondo un circolo parallelo di bordo; questa forma è stata usata per serbatoi sopraelevati.

Serbatoi di calcestruzzo con armatura messa in tensione preventiva. - Costituiscono un'applicazione della recente tecnica del cemento armato precompresso. Il criterio informatore è quello di imprimere al calcestruzzo una sollecitazione preliminare di compressione almeno uguale alla sollecitazione massima di trazione cui esso sarà sottoposto per effetto dei carichi applicati: in tal modo la sollecitazione risultante sarà in ogni punto di compressione, tutt'al più nulla, ma mai di trazione. Questo risultato è particolarmeute vantaggioso nel caso dei serbatoi, nei quali la fessurazione del calcestruzzo, conseguente a sollecitazioni di trazione rappresenta un grave inconveniente per la tenuta e un pericolo per la durata delle armature.

La forma dei serbatoi costruiti secondo questo metodo è generalmente cilindrica. Se il fondo appoggia per tutta la sua estensione, le sollecitazioni di trazione in esso sono limitatissime: si può, in ogni caso, applicare anche ad esso la precompressione, col sistema dei cavi, diametrali o disposti secondo un reticolo, messi in tensione con i metodi ordinarî del cemento armato precompresso (v. in questa App.).

Per il mantello cilindrico l'applicazione si presenta più difficile poiché non è possibile lasciare dei canali nel suo spessore e successivamente infilare in questi i cavi e metterli in tensione, perché l'attrito in curva renderebbe vana questa operazione. Si debbono perciò adottare altri procedimenti. Uno è quello di costruire la parte interna del mantello, per circa 2/3 del suo spessore, con una leggerissima armatura il cui compito è solo quello di conferirgli una sufficiente rigidità. Attorno a questo primo anello si avvolge poi a spire (il cui passo è calcolato secondo le sollecitazioni previste) del filo di acciaio di piccolo diametro (generalmente da 3 a 5 mm.) ad elevatissimo limite elastico (da 140 a 200 kg/mmq), sotto una tensione uguale a circa i 2/3 di questo limite. Fatta questa fasciatura, si completa lo spessore del mantello con altra applicazione di calcestruzzo (fatta ad es. col cement gun) la quale ricopre l'armatura.

Per l'avvolgimento sotto tensione del filo di acciaio è stato usato uno speciale carrello, sospeso a due ruote che corrono sul bordo superiore del serbatoio. Il carrello progredisce facendo forza contro una fune di acciaio avvolta attorno al mantello, la quale serve da ancoraggio mobile per poter esercitare, sul filo da tendere, lo sforzo di trazione che è continuamente controllato con un dispositivo dinamometrico. Tale sforzo ha un valore modesto dato il piccolo diametro del filo: per un filo di 4 mm., teso a 100 kg/mmq, ammonta a 1420 kg. Oltre alla certezza che in nessun punto del mantello potranno prodursi sforzi di trazione, e quindi fessurazioni, si consegue anche una notevole economia nel peso dell'armatura, che, benché neutralizzata in parte dal maggior prezzo unitario, influisce sempre sul costo totale dell'opera.

Un'altra soluzione è quella di adottare per il manto del serbatoio una superficie rigata, nella quale la precompressione può essere generata da cavi disposti lungo le generatrici. Gl'ingegneri francesi Laponche e Arnault hanno progettato e costruito serbatoi con l'involucro a forma di iperboloide di rotazione ad asse verticale. I fili di messa in tensione preliminare, di acciaio duro di 3 mm. di diametro, sono disposti secondo successive posizioni che assume, ruotando nei due sensi, la retta generatrice dell'iperboloide, che è inclinata a 45 sull'orizzontale. I fili stessi sono tesi tra i due anelli di bordo, superiore ed inferiore, della cassaforma, la quale è abbastanza rigida per sopportare, senza deformazioni apprezzabili, uno sforzo di circa 100 t. La cassaforma corrisponde al solo paramento esterno del mantello: il calcestruzzo vi è applicato contro, dall'interno, col cement gun o con analogo procedimento. Lo spessore risulta assai tenue: per un serbatoio di 40 mc. di capacità è di soli 3 cm. L'involucro laterale non è incastrato al fondo, ma solo poggiato su di esso, con l'interposizione di un giunto stagno di dilatazione.