Comportamento sperimentale di fondazioni superficiali di torri eoliche

La memoria mostra i principali risultati ottenuti da una campagna sperimentale effettuata presso il laboratorio LPMSC del Politecnico di Milano con applicazione di carichi laterali ciclici e monotoni su prototipi di torri eoliche su terra con fondazioni superficiali immerse in terreno sabbioso.

La modalità di carico applicata simula condizioni estreme di carico indotto dal vento. Le 3 coppie di prototipi sono state scalate con fattore 15 mantenendo tipologie e rapporti d’armatura fedeli alla prassi realiz- zativa corrente, con differenti schemi d’armatura: (a) completa, (b) senza armatura a taglio e (c) senza armatura a taglio e con il 50% di armatura rimanente usando un fibrorinforzato di classe 3C.
Anche il banco di prova è stato studiato con notevoli masse aggiuntive al fine di riprodurre condizioni di sforzo prossime a quelle della prassi realizzativa. L’attività sperimentale presentata fa parte di un contratto di ricerca articolato tra Dipartimenti di Ingegneria Civile ad Ambientale, di Meccanica, di Energia e di Ingegneria Gestionale del Politecnico di Milano e finanziato da Enel Green Power Spa.

Lo sforzo planetario rivolto al passaggio da combustibili fossili a fonti rinnovabili per la produzione di energia sta portando ad una straordinaria diffusione di turbine eoliche montate su torri posizionate sia su terraferma che in mare. Le torri su terraferma sono tipicamente installate su fondazioni superficiali di tipo massivo.

Le gabbie di armatura per tali fondazioni, pur seguendo spesse volte logiche legate all’adozione di armatura minima, risultano impiegare una notevole quantità di acciaio e inoltre, data la loro dimensione, tali gabbie risultano essere di complesso e laborioso assemblaggio (Fig. 1). Pertanto, l’eventuale ottimizzazione delle gabbie di armatura potrebbe incrementare sia la sostenibilità, sia la competitività di tali opere.

L’attività sperimentale descritta in questa memoria, coordinata dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (DICA) e svolta al laboratorio LPMSC del Politecnico di Milano nell’ambito di un programma quadro di ricerca tra tale istituto ed Enel Green Power S.p.a., si prefigge i seguenti obiettivi:

(a) osservare e caratterizzare la prestazione dell’insieme suolo-struttura sotto carichi sia di servizio che ultimi indotti dalle più severe condizioni di progetto per carico da vento; (b) indagare resistenza, capacità ultima rotazionale e modi di rottura del sistema fondazione-terreno; (c) valutare l’efficacia di differenti schemi di disposizione di armatura o della parziale sostituzione di armatura in barre con fibre metalliche disperse nell’elemento di fondazione.

I risultati della sperimentazione, effettuata su provini fortemente scalati, sono strumentali al fine di calibrare approcci semplificati di progetto e opportuni modelli numerici in grado di estendere su scala reale i risultati ottenuti, anche con differenti schemi di armatura, geometria della torre, o tipologie di terreno. Alcuni risultati delle attività rivolte in tal senso sono raccolti in di Prisco et al. (2021), Flessati et al. (2021) e Martinelli et al. (2021).

FIGURA 1: Gabbia di armatura di una tipica fondazione superficiale per torri eoliche su terraferma.

Programma sperimentale

Lo sforzo planetario rivolto al passaggio da combustibili fossili a fonti rinnovabili per la produzione di energia sta portando ad una straordinaria diffusione di turbine eoliche montate su torri posizionate sia su terraferma che in mare. Le torri su terraferma sono tipicamente installate su fondazioni superficiali di tipo massivo.

Le gabbie di armatura per tali fondazioni, pur seguendo spesse volte logiche legate all’adozione di armatura minima, risultano impiegare una notevole quantità di acciaio e inoltre, data la loro dimensione, tali gabbie risultano essere di complesso e laborioso assemblaggio (Fig. 1). Pertanto, l’eventuale ottimizzazione delle gabbie di armatura potrebbe incrementare sia la sostenibilità, sia la competitività di tali opere.

L’attività sperimentale descritta in questa memoria, coordinata dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (DICA) e svolta al laboratorio LPMSC del Politecnico di Milano nell’ambito di un programma quadro di ricerca tra tale istituto ed Enel Green Power S.p.a., si prefigge i seguenti obiettivi: (a) osservare e caratterizzare la prestazione dell’insieme suolo-struttura sotto carichi sia di servizio che ultimi indotti dalle più severe condizioni di progetto per carico da vento; (b) indagare resistenza, capacità ultima rotazionale e modi di rottura del sistema fondazione-terreno; (c) valutare l’efficacia di differenti schemi di disposizione di armatura o della parziale sostituzione di armatura in barre con fibre metalliche disperse nell’elemento di fondazione.

I risultati della sperimentazione, effettuata su provini fortemente scalati, sono strumentali al fine di calibrare approcci semplificati di progetto e opportuni modelli numerici in grado di estendere su scala reale i risultati ottenuti, anche con differenti schemi di armatura, geometria della torre, o tipologie di terreno. Alcuni risultati delle attività rivolte in tal senso sono raccolti in di Prisco et al. (2021), Flessati et al. (2021) e Martinelli et al. (2021).

Provini

I provini di fondazione sono stati scalati volumetricamente per un fattore 15 rispettando fedelmente la geometria descritta per i prototipi reali. Sono state utilizzate differenti miscele di calcestruzzo per i 3 modelli al fine di ottenere una resistenza tipica di una classe C30/37 (Tab. 1). Le armature dei modelli sono state scalate conservando i rapporti geometrici dei prototipi, a meno di inevitabili scostamenti per via della discretizzazione delle barre.

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Days - Aprile 2021

organizzati da aicap e CTE

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