Cabine elettriche secondarie in SFRC una esperienza reale per la decarbonizzazione nel settore prefabbricazione

In ottemperanza all’ambizioso piano di decarbonizzazione di ENEL grid, la società di distribuzione elettrica ha deciso di intraprendere azioni per la riduzione dell’impronta di CO2 anche delle sue cabine elettriche secondarie attualmente prefabbricate in calcestruzzo. Lo scopo del- la ricerca è riportare il processo di progettazione strutturale in accordo con le LG FRC italiane e dare riscontro dei benefici ottenuti in termini di risparmio di armature, calcestruzzo, riduzione delle sezioni e riduzione del GWP. L’esperienza è relativa alle cabine prodotte da SIPA sotto la supervisione progettuale di TESIS .

Le Cabine elettriche secondarie sono prevalentemente prefabbricate con armatura tradizionale in barre e reti

Enel grids nell’ambito dei programmi di decarbonizzazione dei componenti di rete ha per quanto riguarda le opere civili ritenuto a seguito di studi sui materiali più impattanti in termini di emissioni e di volumi di iniziare a attuare strategie per riduzione delle emissioni del calcestruzzo (scope 3) che per le opere civili di proprio interesse è pari a un volume annuo di circa 1200000 ton di materiale che viene impiegato nei seguenti ambiti: cabine elettriche primarie, cabine secondarie, pali in calcestruzzo e fondazioni di pali.

Tra i vari elementi e studi per la riduzione delle emissioni nonché riduzione dei consumi di materiale, il presente studio tratta le cabine elettriche secondarie (CS) che attualmente sono oggetto di revisione in tema di LG per le nuove realizzazioni e sono prevalentemente prefabbricate con armatura tradizionale in barre e reti in vari stabilimenti in Italia.
All’interno di tale contesto di prefabbricazione opera SIPA s.p.a. azienda qualificata ENEL per la produzione di cabine elettriche prefabbricate e pali in c.a.c anche essa coinvolta in processi per la decarbonizzazione dei propri prodotti su vari fronti.

Gli ormai consolidati sviluppi normativi a livello europeo nonché italiano sull’utilizzo del calcestruzzo fibrorinforzato ai fini strutturali FRC ha permesso all’azienda SIPA s.p.a, dopo una serie di studi e test preliminari sotto la supervisione di Tesis s.r.l per la parte di testing e di modellazione numerica, di dare avvio alla procedura di richiesta di C.V.T per l’utilizzo di calcestruzzo rinforzato con fibre metalliche strutturali Dramix^® SFRC per la produzione di cabine elettriche secondarie.

Si è deciso di condurre un’analisi del ciclo di vita (Life Cycle Assessment, LCA) tramite gli strumenti di calcolo One Click LCA in conformità con l’attuale standard EN-15978. I dati di input per la progettazione del calcestruzzo e delle armature derivano da vere esperienze dei clienti e le fibre in acciaio Dramix^® sono coperte da uno specifico certificato EPD, che viene rilasciato da un organismo notificato esterno.

L’analisi è stata effettuata confrontando il rinforzo tradizionale con quello in fibra di acciaio Dramix®. Si è calcolato l’impatto sul Potenziale di riscaldamento globale (Global Warming Potentials, GWP) di entrambe le soluzioni a livello di prodotto e di processo dalla creazione alla costruzione (fasi A1- A4, come mostrato nel grafico seguente).

Cabina tipo e scenari progettuali

Tipologia manufatto originario

La cabina oggetto di studio è la “Cabina standard box Distribuzione “ come definito dalla specifica “DG2061 e-distribuzione rev09 2021” che è un manufatto con elementi prefabbricati in c.a. realizzati secondo la specifica Le dimensioni di ingombro del manufatto sono 541*248*260cm. Il calcestruzzo è classe Rck45 Mpa.
Gli spessori dei diversi elementi e le armature di base più infittimenti sono riportati nella tabella sotto riportata.

Tipologia miscele SFRC e nuovi scenari progettuali per la cabina

Stante la volontà di utilizzare SFRC al fine di ottimizzare il rinforzo , il prefabbricatore dopo una serie di test preliminari di miscele con varie fibre ha optato per avviare la procedura di CVT con le seguenti miscele con all’interno fibre unicnate Dramix^® 3D 80/30 BGP.

Per ciascuna delle miscele di cui sopra si è proceduto come richiesto dalle LG qualificazione FRC del CSLP all’esecuzione di prove sia allo stato fresco (per la determinazione della classe di consistenza/lavorabilità) sia indurito (resistenza a compressione di 6 cubetti EN 12390 e a flessione di travetti prismatici secondo EN 14651).
Per ciascuna miscela sono stati eseguiti 12 travetti prismatici.

Le prestazioni risultanti e oggetto di specifico rapporto di prova sono le seguenti secondo la classificazione delle LG FRC del CSLP del 2019.
Si rende noto che l’aggregato riciclato, deriva da demolizione manufatti in c.a. , la percentuale di sostituzione è del 100% (diametro 5-8mm), l’aggregato è classe A (UNI EN 12620).

A seguito di tali performance stata effettuata una modellazione del modello globale della cabina con i nuovi materiali con ausilio di SISMICAD^® nonché verifiche successive con fogli di calcolo sviluppati da TESIS s.r.l per la verifica delle sezioni.

Le scelte progettuali hanno permesso un approccio inizialmente più conservativo ovvero una ottimizza- zione delle armature grazie all’impiego di miscele SFRC e un approccio definito “innovativo” con ottimizzazione delle armature associata anche a una riduzione degli spessori degli elementi.
Si segnala inoltre che è possibile una ulteriore ottimizzazione delle armature di infittimento (sono state pertanto mantenute le armature φ10 di infittimento la cui incidenza è stata considerata nei pesi come in- dicato nella table 4) che nel modello oggetto di studio non sono state invece modificate ma si è ottimizzata principalmente armatura diffusa.

Si noti che in tutti gli elementi è prevista una rete Fi φ 5 in quanto è una prescrizione legate a continuità elettrica nonché utile per problematiche di scassero in tempi ridotti, sarebbe quindi possibile una ulteriore ottimizzazione di armature.

Profilo emissioni e GWP cabina stato di fatto “baseline”

Per il calcolo dell’impronta di CO₂ delle miscele di calcestruzzo si è fatto riferimento alla miscela utilizzate abitualmente per le realizzazioni di cabine. Si segnala che dato impatto estremamente trascurabile in termini percentuali non si è considerato l’apporto degli additivi che sono usati prevalentemente in stagioni molto fredde o calde e comunque con un impatto sul GWP non superiore al 1,5%.

Per le emissioni dei materiali si veda riferimento agli EPD ove disponibili.

Il volume totale di calcestruzzo della cabina di riferimento è circa 7 mc. Le incidenze delle armature sono deducibili dalla tabella 4 (per il calcolo del totale delle armature di rinforzo)

Profilo emissioni e GWP cabina con miscele FRC stessi spessori e cabina con miscela FRC con spessori ridotti

Per le miscele di tipo innovativo, per non appesantire il presente articolo si è scelto di analizzare le miscele FRC40 NAT e FRC40RAC. in particolare si è utilizzata la miscela FRC40 NAT con lo stesso spessore delle attuali cabine (ovviamente a parità di prestazioni strutturali) e la stessa miscela con spessori ridotti come da Tabella 4 per sfruttare al pieno le potenzialità di ottimizzazione delle sezioni proprie del- la miscela SFRC.

È stata inoltre effettuata anche una analisi con la miscela FRC40 RAC per cabine con sezioni ridotte (così da sfruttare al pieno le potenzialità della miscela).

Si segnala che tutte le miscele SFRC oggetto di studio e CVT sono realizzate con cementi meno emissivi rispetto a quelli attuali (cem III A in luogo di cem IIA).

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