Verifica al galleggiamento di una vasca interrata che funge da riserva idrica antincendio

verifica al galleggiamento di una vasca interrata: quando la riserva idrica antincendio è installata in presenza di falda, questa verifica diventa un passaggio fondamentale per evitare conseguenze anche disastrose.*

Verifica al galleggiamento: perché è fondamentale

Nel caso di riserve idriche interrate installate in presenza di falda, la verifica al galleggiamento è di fondamentale importanza. Questo vale sia per manufatti in cemento armato, sia per serbatoi realizzati con lamiere calandrate.

L’obiettivo è evitare che la spinta della falda contrasti la forza di gravità e tenda a riportare in superficie il manufatto, con conseguenze potenzialmente molto gravi.

Spinta della falda e forza idrostatica: cosa stiamo calcolando

La falda esercita una spinta dal basso verso l’alto sul serbatoio immerso. Come noto, la forza idrostatica è direttamente proporzionale al volume sommerso dell’oggetto: più è immerso nel liquido, maggiore è la forza idrostatica che agisce su di esso.

Questa azione si rileva su qualunque oggetto posto in un fluido: per questo, l’impostazione corretta del problema parte sempre da una valutazione accurata del volume immerso.

Il primo passo: determinare il volume immerso

Per impostare la verifica al galleggiamento, il passaggio operativo iniziale è calcolare:

• Volume geometrico $V_g$ del serbatoio (in funzione delle dimensioni esterne)
• Volume immerso $V_i$, cioè la parte effettivamente “sommersa” rispetto al livello di falda

Da $V_i$ si ricava poi la spinta verso l’alto, calcolata cautelativamente assumendo la vasca completamente vuota.

Esempio 1: vasca prefabbricata in c.a. (calcolo completo)

Consideriamo una vasca in c.a. prefabbricata con:

• dimensioni esterne in pianta: 2,5 × 2,6 m
• altezza: 5 m
• falda: 0,5 m al di sotto del piano campagna

Calcolo dei volumi:

• Volume geometrico:
  $V_g=\mathrm{2,5}\times \mathrm{2,6}\times 5=\mathrm{32,50}{\text{m}}^3$
• Volume immerso:
  $V_i=\mathrm{2,5}\times \mathrm{2,6}\times (5-\mathrm{0,5})=\mathrm{29,25}{\text{m}}^3$

Spinta dal basso verso l’alto (vasca vuota):

• $F_g=V_i\times \text{densità dell’acqua}\times g$
• $F_g=\mathrm{29,25}\times 1000\times \mathrm{9,81}=286942\text{N}$

Pesi verso il basso:

• Peso vasca: $24800\text{kg}\times \mathrm{9,81}=243288\text{N}$
• Peso terreno di riporto: $600\text{kg}\times \mathrm{9,81}=5886\text{N}$
• Peso totale: $F_{pt}=249174\text{N}$

Verifica: vediamo più sotto il criterio con il fattore di sicurezza globale.

Esempio 2: cisterna in lamiera calandrata (calcolo completo)

Ora consideriamo una cisterna in lamiera calandrata con:

• diametro esterno: 3 m
• volume geometrico: 80 m³
• (stesse condizioni di presenza di falda)

Volumi:

• Volume geometrico: $V_g=\mathrm{80,00}{\text{m}}^3$
• Volume immerso: $V_i=\mathrm{76,00}{\text{m}}^3$

Spinta dal basso verso l’alto (vasca vuota):

• $F_g=\mathrm{76,00}\times 1000\times \mathrm{9,81}=745560\text{N}$

Pesi verso il basso:

• Peso vasca: $6200\text{kg}\times \mathrm{9,81}=60822\text{N}$
• Peso terreno di riporto: $3000\text{kg}\times \mathrm{9,81}=29430\text{N}$
• Peso totale: $F_{pt}=90252\text{N}$

Anche qui la verifica si fa confrontando $F_{pt}$ con la spinta amplificata dal fattore di sicurezza globale.

Criterio di non galleggiamento e fattore di sicurezza globale (1,22)

Il criterio indicato per evitare il galleggiamento è:

• Condizione da rispettare:
  $F_{pt}>F_g\times \mathrm{1,22}$

Dove 1,22 è il fattore di sicurezza globale.

Applicazione all’Esempio 1 (vasca in c.a.)

• $F_g\times \mathrm{1,22}=286942\times \mathrm{1,22}=350070\text{N}$
• Confronto: $249174<350070$

Quindi la richiesta non è verificata.

Applicazione all’Esempio 2 (cisterna in lamiera)

• $F_g\times \mathrm{1,22}=745560\times \mathrm{1,22}=909827\text{N}$
• Confronto: $90252<909827$

Anche in questo caso la richiesta non è verificata.

Come evitare il galleggiamento: zavorra, cordolo, soletta e ancoraggi

Quando la condizione non è rispettata, occorre incrementare la “forza verso il basso” con soluzioni costruttive dedicate.

Soluzione nell’Esempio 1: zavorra sul fondo (cordolo perimetrale)

Per evitare il galleggiamento si prevede una zavorra sul fondo della vasca con peso almeno pari a:

• $350070-249174=100896\text{N}$

Un esempio proposto è realizzare un cordolo lungo tutto il perimetro della vasca.

Soluzione nell’Esempio 2: soletta di base + ancoraggi

Per la cisterna in lamiera, per evitare il galleggiamento occorre necessariamente realizzare una soletta di base e, tramite ancoraggi, fissare saldamente la cisterna alla soletta per ottenere un insieme monolitico.

Peso minimo richiesto della soletta:

• $909827-90252=819575\text{N}$

Nell’esempio, questo significa una soletta con dimensioni di base 5 × 14 m e spessore circa 0,45 m, con cisterna ancorata in modo da realizzare un tutto monolitico.

Dati da raccogliere per il tuo caso reale

Per impostare correttamente una verifica al galleggiamento, servono almeno:

• dimensioni esterne (in pianta e in altezza) della vasca/cisterna
• quota di falda rispetto al piano campagna (per ricavare il volume immerso)
• peso del manufatto (in kg)
• stima del peso del terreno di riporto (in kg)
• scelta della condizione cautelativa (nel testo: vasca completamente vuota)

Con questi elementi è possibile calcolare $V_i$, determinare $F_g$ e verificare la condizione $F_{pt}>F_g\times \mathrm{1,22}$.

Conclusione

La verifica al galleggiamento di una riserva idrica antincendio interrata, soprattutto in presenza di falda, richiede di calcolare correttamente il volume immerso e confrontare la spinta verso l’alto con i pesi verso il basso, applicando un fattore di sicurezza globale pari a 1,22. Quando la verifica non torna, si interviene con zavorre/cordoli o con soletta e ancoraggi, in funzione del tipo di serbatoio.