Effetto dinamico acqua in condizione sismica

Salve, vorrei sapere come è possibile considerare l’effetto dinamico dell’acqua contenuta in una piscina in caso di sisma.

CSI Italia Risponde

Il problema dell'interazione fluido struttura è sicuramente un tema di grande interesse per una vasta gamma di tipologie strutturali. Una panoramica dettagliata, che ci sentiamo di consigliare per la sua completezza, sulle tipologie di interazione possibili e sui relativi effetti, è riportata nel capitolo 23 del libro "Static & Dynamic Analysis of Structures" scritto dal Professor Edward Wilson dell'Università di Berkeley.

Venendo al caso particolare proposto, si può affermare che esso ricada nella categoria dei cosiddetti problemi di "Sloshing" ovverosia il problema dell'oscillazione di del liquido contenuto in un serbatoio in seguito ad un'eccitazione sismica che provoca un'accelerazione orizzontale del contenitore.
In tali situazioni, le azioni idrodinamiche esercitate dal liquido sulle pareti del contenitore possono essere catalogate in tre tipologie:
- azioni impulsive: dovute alla quota di massa d'acqua che si può pensare rigidamente connessa alla struttura
- azioni convettive: dovute all'oscillazione della massa d'acqua
- azioni impulsive di breve durata: dovute (all'eventuale) deformazione delle pareti del contenitore

Esistono diversi approcci numerici per affrontare questo tipo di problematiche, fra i quali elenchiamo il modello di Bratu, i modelli a masse concentrate, a masse distribuite e i modelli basati su formulazioni Lagrangiane, Euleriane e Lagrangiane-Euleriane. Queste ultime tre tipologie si basano su formulazioni complesse, che non possono prescindere dall'utilizzo di particolari elementi finiti per la massa fluida che trascendono i normali obbiettivi del calcolo strutturale.
L'approccio che normalmente rappresenta il miglior compromesso per le applicazioni civili è sicuramente quello a masse concentrate, che prevede l'utilizzo di una massa singola o di masse multiple per la rappresentazione della massa d'acqua.
I modelli a masse concentrate prevedono, in sostanza, l'utilizzo di elementi link di opportuna rigidezza per rappresentare le varie masse d'acqua e di analisi dinamiche ad integrazione diretta per la valutazione dei relativi effetti sulla struttura.
In letteratura sono presenti molti lavori che si occupano del problema di "Sloshing" e della sua schematizzazione mediante modelli a masse concentrate, anche attraverso l'utilizzo del software SAP2000, fra cui le segnalo l'ottimo lavoro di "Cancellara, Modano, De Angelis, Fulgione" presentato all'AIAS 2011.