Carichi di neve e acqua piovana: effetti sulla membrana e sul bordo del serbatoio di biogas

Neve e acqua piovana gravano sul tetto membranale con un peso che si trasforma in pressione agente sulla membrana, ed è ben visibile quando lo si confronta con la pressione dell'aria di supporto. I calcoli sono semplici: 1 mm di acqua equivale a 1 kg/m², cioè circa 10 Pa, mentre 1 mbar corrisponde a 100 Pa. Uno strato d'acqua di 10 mm di spessore grava quindi sulla membrana come 1 mbar. Le tipiche pressioni di supporto dei tetti a doppia membrana sono dell'ordine di pochi millibar, quindi anche un piccolo ristagno d'acqua, e ancor più la neve accumulata, può superare ciò che il cuscino d'aria è in grado di "sostenere".

Come è costruito il tetto e dove agisce il carico

Il serbatoio del gas con tetto a doppia membrana è composto da una membrana interna (del gas) e una esterna (di protezione). Lo spazio tra di esse è mantenuto in sovrappressione da un ventilatore, che conferisce alla membrana esterna forma e tensione. I carichi esterni (neve, acqua, vento) sono quindi sostenuti dalla membrana tesa e dal suo fissaggio sul bordo (bordo del serbatoio, listello, profilo di serraggio). La descrizione della struttura e della sicurezza del tetto si trova nel testo Magazzino del biogas: tetto a doppia membrana e sicurezza].

Confronto delle grandezze

Da ciò deriva una conclusione pratica: la sola pressione di supporto non è una protezione contro la neve. Il tetto pneumatico è resistente alla neve grazie alla forma (arco, cupola), alla resistenza della membrana e del fissaggio, nonché al fatto che la neve tende a scivolare. Il pericolo si presenta quando la neve ristagna, forma accumuli, la neve bagnata ha un'alta densità o quando il tetto perde tensione.

Meccanismi di danneggiamento più frequenti

Perdita della pressione di supporto. Un guasto al ventilatore, all'alimentazione o una perdita nella membrana esterna causano una riduzione della tensione, e la membrana esterna può abbassarsi su quella interna. Si formano avvallamenti in cui si raccolgono acqua e neve, aumentando ulteriormente il carico.

Ristagni d'acqua. Gli avvallamenti (tra cui quelli intorno alle giunzioni incollate, alle pieghe, nelle zone di piegatura) raccolgono pioggia e disgelo. L'acqua accumulata aumenta la flessione, raccogliendo quindi ancora più acqua.

Carico non uniforme. Neve che scivola su un lato, cumuli causati dal vento, accumuli o cadute da strutture adiacenti generano un carico asimmetrico, che sollecita il bordo in modo diverso rispetto a un carico uniforme.

Ghiaccio. L'acqua congelata forma lastre rigide e pesanti che non possono essere rimosse. Inoltre, il ghiaccio aumenta la rigidità della membrana a basse temperature e può causare microfratture. Si verifica anche il congelamento degli scarichi e delle protezioni liquide; si veda Come scegliere il riscaldamento antigelo per la protezione].

Sovraccarico del bordo. Il carico del tetto si concentra sul bordo, cioè sull'elemento che fissa la membrana alla parete. La concentrazione delle forze provoca lo sfilamento della membrana dal fissaggio, il danneggiamento del listello o l'affaticamento del materiale. L'acqua ristagnante vicino al bordo accelera la corrosione e danneggia le guarnizioni.

Cosa fare in fase di progettazione e di esercizio

1. Dati di input. Il carico da neve per la località si determina secondo la norma PN-EN 1991-1-3 (zone nevose, coefficienti di forma); il valore di progetto deve essere riportato nella documentazione del tetto. La documentazione del produttore specifica per quale carico è stato progettato il tetto.
2. Controllo della tensione e della pressione di supporto. Ventilatore con alimentazione di riserva o secondo ventilatore, allarme per calo di pressione, verifica regolare delle valvole di ritegno.
3. Smaltimento dell'acqua. Tetto senza avvallamenti, scarichi liberi, controllo dopo le precipitazioni. I ristagni devono essere segnalati al servizio di assistenza, non "osservati".
4. Ispezione dopo abbondanti precipitazioni e prima dell'inverno. Stato delle cuciture, del fissaggio, del bordo, dei listelli, delle viti e delle guarnizioni.
5. Piano di intervento in caso di forti precipitazioni. Chi decide per la rimozione della neve, come si esegue, come ci si protegge dalle cadute, come si protegge il gas.

Sicurezza durante la rimozione della neve

Non si sale sulla membrana senza l'esplicito consenso del produttore e una valutazione dei rischi. I rischi comprendono cadute, danneggiamento della membrana (perdita di tenuta, rilascio di gas) e lavoro in zona a rischio di esplosione. L'ambito e il metodo di rimozione della neve devono risultare dalle istruzioni dell'impianto e dal documento di protezione contro le esplosioni, e i lavori devono essere eseguiti da personale formato con attrezzature adeguate; in caso di danneggiamenti o sospetto di perdita di tenuta, si procede secondo la procedura di emergenza dell'impianto. Le norme sui rischi relativi al lavoro sicuro nelle zone Ex sono trattate nel testo ATEX nell'impianto di biogas].

Sintesi

I carichi derivanti dalle precipitazioni sono solitamente maggiori delle forze disponibili grazie all'aria di supporto, pertanto la sicurezza del tetto si basa sulla geometria, sulla tensione, sulla resistenza del materiale e del bordo, sull'alimentazione del ventilatore e sulla disciplina operativa. Il controllo dei ristagni, dei fissaggi e degli allarmi prima della stagione invernale è più economico di una riparazione dopo una precipitazione.

Ruolo del bordo

Il bordo, cioè l'anello di fissaggio delle membrane alla parete del serbatoio, è l'elemento in cui si concentrano le forze provenienti dall'intero tetto. Di solito comprende listelli o profili di serraggio, viti, guarnizioni e scarichi dell'acqua. Il suo stato viene valutato dopo ogni inverno: corrosione delle viti, crepe nelle guarnizioni, deformazione del listello e tracce d'acqua sotto la membrana sono segnali di allarme. Particolarmente esposti sono i punti in cui si formano ristagni proprio vicino al bordo, poiché l'acqua, e d'inverno il ghiaccio, aumentano il carico esattamente nel punto di massima sollecitazione. Se durante l'ispezione si riscontra un danno, la riparazione viene eseguita secondo le istruzioni del produttore, e il serbatoio viene disattivato secondo la procedura prevista.

Conclusioni per il piano di esercizio

Il piano invernale per il tetto membranale dovrebbe includere: criteri per l'attivazione di un controllo aggiuntivo (ad esempio, altezza della neve accumulata o previste precipitazioni intense), persone responsabili delle decisioni, disponibilità di alimentazione di emergenza per il ventilatore e regole di comunicazione con il servizio di assistenza del produttore. È utile anche annotare le osservazioni (punti in cui si raccoglie acqua o neve), poiché permettono di migliorare la tensione della membrana o il drenaggio durante la successiva manutenzione.