2. D E S C R I Z I O N E D E L L A E R O G E N E R A T O R E

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2 1. P R E M E S S A La seguente relazione di calcolo preliminare si riferisce al plinto di fondazione della torre aerogeneratore del tipo NEG Micon NM 60/1000 da installarsi in agro del comune di Palazzo San Gervasio (PZ). Tutti i calcoli qui presentati sono stati condotti secondo gli usuali metodi della Scienza delle Costruzioni e in ossequio alle normative attualmente vigenti. In particolare, il criterio di progettazione e verifica adottato è quello degli stati limite. L incarico affidato al progettista delle fondazioni ha riguardato il predimensionamento geometrico delle opere in calcestruzzo armato e il progetto delle relative armature, partendo dalle sollecitazioni al piede della torre fornite dal produttore. Sulla scorta dei risultati delle prove penetrometriche e delle indagini stratigrafiche si è stabilito di adottare, per il caso in esame, una fondazione di tipo indiretto. La quantificazione delle opere sarà eseguita in fase di progettazione esecutiva, a valle di una più dettagliata indagine geologica e geotecnica come previsto dalle normative vigenti. 1

3 2. D E S C R I Z I O N E D E L L A E R O G E N E R A T O R E Il rotore dell aerogeneratore NEG MICON 60/1000 ha un diametro di 60 m, cui corrisponde un area spazzata di circa 2827 mq. Esso è costituito da tre pale rotoriche che sviluppano la potenza nominale effettiva di 1000 KW ad una velocità di 16 m/s. Il range di funzionamento è compreso tra i 3 m/s (velocità di cut in) e i 20 m/s (velocità di cut off). La turbina eolica è installata in sommità di una torre tubolare costituita da tre elementi tronco-conici in acciaio di differenti dimensioni, che raggiungono un altezza complessiva di 76,10 m dal piano campagna. I dettagli geometrici e le dimensioni sono riportati in Figura 1. 2

4 Fig. 1 Dimensioni dell aerogeneratore NEG MICON 60/1000 e della torre eolica. 3. D E S C R I Z I O N E G E O M E T R I C A D E L P L I N T O D I F O N D A Z I O N E Il plinto calcolato è costituito da un prisma regolare a base ottagonale sormontato da un cilindro. La Tabella 1 e la Figure 2 e 3, riportate di seguito, illustrano le dimensioni e le caratteristiche geometriche dei due solidi. Prisma ottagonale Cilindro l - lato: 4.96 m a - apotema: 6 m H1- altezza: 1.4 m L - lung. totale: m R - raggio: 2.6 m H2 - altezza: 1.5 m Tab. 1 Dimensioni geometriche del plinto. Fig. 2 Sezione trasversale del plinto di fondazione. 3

5 a= 45 L = m Fig. 3 Pianta del plinto di fondazione. Stanti le caratteristiche geologiche del terreno, si prevede la realizzazione di una fondazione indiretta costituita da 9 pali di diametro 80 cm e lunghezza 12 m, disposti secondo la pianta di Figura 3. La distanza fra i pali e il centro della fondazione (Di) è di 5.55 m, fatta eccezione per il palo n.1 che è ubicato in corrispondenza del suddetto centro. La distanza tra i pali (di) è pari a 4.26 m. Le congiungenti degli assi di due generici pali contigui con il centro del plinto formano un angolo (a) di 45. Per maggiori dettagli si rimanda agli elaborati grafici esecutivi. 4

6 4. N O R M A T I V A D I R I F E R I M E N T O Nell esecuzione del progetto, nel calcolo strutturale, nelle modalità di posa in opera si è fatto riferimento alla seguente normativa: NORMATIVA NAZIONALE Legge 5 Novembre 1971 n.1086 (G.U. 21 dicembre 1971 n.321) Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica Legge 2 febbraio 1974 n.64 (G.U. 21 marzo 1974 n.76) Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche Indicazioni progettive per le nuove costruzioni in zone sismiche a cura del Ministero per la Ricerca scientifica Roma D.M. Infrastrutture Trasporti 14 gennaio 2008 (G.U. 4 febbraio 2008 n.29 Suppl. Ord.) Norme tecniche per le costruzioni Inoltre, in mancanza di specifiche indicazioni, ad indicazione della norma precedente e per quanto con esse non in contrasto, sono state utilizzate le indicazioni contenute nella Circolare 2 febbraio 2009 n.617 del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (G.U. 26 febbraio 2009 n. 27 Suppl. Ord.) Istruzioni per l applicazione delle Norme Tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008 NORMATIVA INTERNAZIONALE IEC , 2 Edition, February Wind turbine generator system Part1: Safety requirements. UNI Concrete. Performance, production, placing and compliance criteria. UNI ENV del Eurocodice 2. Progettazione delle strutture di calcestruzzo. 5

7 5. M A T E R I A L I I M P I E G A T I Sono stati utilizzati i seguenti materiali: Calcestruzzo per plinto e pali di fondazione Classe di resistenza C 25/30 Classe di esposizione XC2 Consistenza S4 fck 25 N/mm 2 fcd N/mm 2 fctm 2.56 N/mm 2 fctk 1.80 N/mm 2 Peso specifico 2500 kg/m 3 Tab.2 Caratteristiche calcestruzzo Acciaio per armature plinto e pali di fondazione Classe B450C fyk 450 N/mm 2 fyd N/mm 2 Tab.3 Caratteristiche acciaio 6

8 6. G R A N D E Z Z E G E O T E C N I C H E Per la determinazione dei parametri geotecnici, sono stati eseguiti dei sondaggi fino alla profondità di 30 m dal piano campagna. Sulla scorta dei risultati illustrati nella relazione geologica e delle indagini a carotaggio continuo, si assumono le grandezze geotecniche fondamentali, elencate in tabella 4. STRATO PROFONDITA [m] SPESSORE [m] DESCRIZIONE PARAMETRI GEOTECNICI Limo argilloso con sabbia, di colore marrone, di buona g = 1.70 t/m 3 cu = 0.39 kg/cm consistenza, con g = 1.92 t/m 3 inclusioni di ciottoli poligenici di cu = 0.82 kg/cm piccole dimensioni g = 2.02 t/m 3 cu = 1.18 kg/cm Limo debolmente g = 1.84 t/m 3 sabbioso di colore marrone, passante cu = 0.75 kg/cm a limo argilloso; g =2.07 t/m 3 inclusioni di ciottoli di piccole cu = 1.5 kg/cm dimensioni g = 1.92 t/m 3 cu = 0.85 kg/cm Limo sabbioso di colore marroncino, consistente, ricco di inclusioni di ciottoli di piccole dimensioni Limo argilloso, debolmente sabbioso, di colore marrone-rossiccio Tab.4 Parametri geotecnici g = 2.07 t/m 3 cu = 1.47 kg/cm 2 g = 2.10 t/m 3 cu = 1.99 kg/cm 2 I parametri sopra esposti hanno carattere indicativo e permettono un dimensionamento di massima delle opere di fondazione; per l acquisizione dei parametri da utilizzare nella progettazione esecutiva sarà necessario eseguire indagini più approfondite. 7

9 7. C A R I C H I I carichi da applicare al plinto di fondazione, riportati nel paragrafo seguente, si riferiscono all aerogeneratore NEG Micon NM 60/1000. Si rimanda alla fase esecutiva per la loro verifica. 7.1 CARICHI IMPRESSI AL PLINTO DALL AEROGENERATORE I carichi relativi alle sollecitazioni sono stati forniti dal produttore. Essi vanno intesi come carichi di progetto, in quanto già moltiplicati per i coefficienti moltiplicativi g aero e g masse previsti dalla normativa IEC In termini geometrici i carichi sono riferiti all estradosso della fondazione ossia ad una quota di 2.90 m rispetto al piano di posa del plinto. Il sistema di riferimento adottato è quello riportato in Figura 4. Figura 4 Sistema di riferimento adottato. In Tabella 5 sono riportati i valori dei carichi forniti dal calcolatore della torre nelle diverse condizioni analizzate, in particolare condizioni normali di funzionamento e condizioni estreme, ossia: 8

10 Extreme 6.1: Parcheggio (macchina ferma o funzionante a vuoto) con raffica 50 anni; Extreme 1.3: Produzione di potenza; Normal 1.0: Produzione di potenza. Di seguito la simbologia utilizzata per l individuazione dei carichi: Fx: carico orizzontale lungo la direzione x; Fy: carico orizzontale lungo la direzione y; Fxy: carico risultante orizzontale; Fz: carico verticale; Mx: momento agente intorno all asse x; My: momento agente intorno all asse y; Mxy: momento risultante; Mz: momento agente intorno all asse z. IPOTESI g aero g masse Fx Fy Fxy Fz Mx My Mxy Mz DI CARICO KN KN KN KN KNm KNm KNm KNm Extreme Extreme Extreme Normal / / / 1556 / / 680 / Tabella 5 Carichi alla base della torre Il carico prodotto dal vento non sarà mai statico su una sola direzione, ma potrà variare su 360 gradi, per tale motivo nella successiva progettazione delle armature prenderemo in considerazione la zona più sollecitata per il calcolo delle armature all interno del plinto, armando in modo omogeneo (in senso radiale e anulare) tutti i 360 gradi che compongono il plinto di fondazione. 9

11 7.2 CARICHI VERTICALI DOVUTI AL SOLO PLINTO DI FONDAZIONE I carichi verticali, oltre al peso della torre, della navicella e del rotore contemplati nella ipotesi di carico precedente, sono il peso del plinto di fondazione e quello del terreno, di entità non trascurabile. Il software strutturale utilizzato, in automatico genera il peso proprio della struttura di fondazione, in base al materiale impiegato e alla geometria del plinto stabilita dal progettista. Inoltre, è stato inserito come dato in ingresso l altezza dello strato medio di terreno sovrastante il plinto di fondazione e la densità del materiale. La spinta di galleggiamento non è stata considerata in quanto la falda si trova a 18m dal piano campagna, circa 3 metri sotto la base dei pali. Di seguito i carichi permanenti sopra citati: PESO PROPRIO: G1 = KN PESO TERRENO: G2 = KN 7.3 COMBINAZIONI DI CARICO In questa relazione di calcolo, avente come finalità il pre-dimensionamento delle strutture, è stata analizzata la condizione più gravosa Extreme 6.1. I dati inseriti nel software strutturale, derivano dalla combinazione della condizione Extreme 6.1 con il peso proprio G1 e quello del terreno G2 moltiplicati per il coefficiente parziale 1.35, così come previsto dalla IEC MODELLO AGLI ELEMENTI FINITI Per il progetto e la verifica del plinto di fondazione è stato utilizzato un programma di calcolo agli elementi finiti. Il plinto è stato modellato discretizzando il prisma ottagonale di base mediante 24 elementi shell e il dado cilindrico per mezzo di 8 elementi shell e 16 elementi beam. In Figura 5 è riportata una vista assonometrica del modello adottato, invece la discretizzazione in shell del prisma ottagonale è illustrata in Figura 6. 10

12 Fig. 5 Vista assonometrica del modello. Fig. 6 Modellazione del prisma ottagonale di base attraverso elementi shell. 11

13 7.5 OUTPUT DEL MODELLO FEM: STATO TENSIONALE Nella figura successiva è riportata la colormap che individua lo stato tensionale nel plinto, relativamente alla condizione di carico più gravosa già individuata nel paragrafo 6.3. Le aree in blu individuano gli stati tensionali più elevati (fino a 118 kg/cm 2 ), mentre quelle in rosa le zone sottoposte a valori minimi di tensione (da 1 a 10 kg/cm 2 ). Fig. 7 Colormap degli stati tensionali nel plinto di fondazione. 12

14 8. P R O G E T T O D E L L E A R M A T U R E Partendo dalle sollecitazioni valutate nella condizione di carico definita nel paragrafo 6.3 è stata calcolata l armatura da adottare, riportata nelle Figure 8, 9 e 10. Si rimanda ai tabulati di calcolo per la quantificazione della minima armatura a flessione e a taglio da adottarsi e le relative verifiche. Fig. 8 Armatura plinto ottagonale: rete superiore. 13

15 Fig. 9 Armatura dado fondazione: rete superiore. Fig. 10 Armatura fondazione: sezione trasversale. 14

16 9. C A R I C O L I M I T E P A L O D I F O N D A Z I O N E Dall output del modello FEM si evince che la massima sollecitazione a compressione e a trazione del palo di fondazione sono rispettivamente KN e 89.8 KN. In mancanza di prove di laboratorio volte a determinare angolo di attrito efficace (f ) e la coesione drenata (c ), le verifiche sono state effettuate solo in condizione di breve termine. La portanza del palo è valutata sommando due aliquote: portanza di base e la portanza laterale. Tali aliquote sono calcolate in funzione delle grandezze geotecniche precedentemente riportate. La portanza limite a compressione del palo è pari a KN, mentre la portanza limite a trazione è di KN. Le verifiche a compressione e trazione risultano quindi soddisfatte 15

17 10. V E R I F I C A A P U N Z O N A M E N T O La verifica a punzonamento è stata eseguita in base a quanto prescritto al paragrafo 4.1 del D.M. 14/01/2008. I risultati dell analisi FEM hanno mostrato che la forza resistente a punzonamento è maggiore della reazione massima esplicitata del palo di fondazione e per questo motivo non è necessario disporre specifiche armature. Per il calcolo dettagliato si rimanda ai tabulati di calcolo allegati al progetto esecutivo. 16

18 11. V E R I F I C A A N C O R A G G I O T O R R E P L I N T O D I F O N D A Z I O N E La verifica sarà eseguita in fase esecutiva considerando la condizione di carico più gravosa già esplicitata in