PROGETTO DEFINITIVO PER LA REALIZZAZIONE DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA FONTE EOLICA 1 AEROGENERATORI.

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1 REGIONE BASILICATA Comune: Ripacandida (PZ) LOCALITA C.DA VEGLIA PROGETTO DEFINITIVO PER LA REALIZZAZIONE DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA FONTE EOLICA 1 AEROGENERATORI Sezione 7: RELAZIONE DI CALCOLO PRELIMINARE N. Elaborato 7.1 Data: DICEMBRE 22 Committente Progettazione S.S 17 km 327 Località Perazzo 7136 Lucera (FG) P.IVA F.S.P. srl- Certificato di sistema di gestione qualità N /2 Sede centrale: S.S.17 Km 327 Località Perazzo Lucera (FG) Sede operativa: Viale Spinelli San Giorgio del Sannio (BN) Legale rappresentante: Luigi Fuschetto Progettista Dott. Ing. Vittorio Iacono del 12/12/22 a cura di DIC 22 ALM P.C.A NT Richiesta di Screening OTT. 2 GC P.C.A. NT Richiesta A.U. Dlgs 387/3 REV. DATA sigla firma responsabile sigla firma DESCRIZIONE REDAZIONE CONTROLLO-EMISSIONE Nome file sorgente ME.RIP1.PD.7.1.doc Nome File stampa ME.RIP1.PD.7.1.pdf

2 1 di 23 INDICE DESCRIZIONE GEOMETRICA DEL PLINTO DI FONDAZIONE... 3 NORMATIVA DI RIFERIMENTO... 5 MATERIALI IMPIEGATI... 6 GRANDEZZE GEOTECNICHE... 7 CARICHI... 8 Carichi impressi al plinto dall aerogeneratore... 8 Carichi verticali dovuti al solo plinto di fondazione... 9 COMBINAZIONI DI CARICO... 1 MODELLO AGLI ELEMENTI FINITI... 1 OUTPUT MODELLO AGLI ELEMENTI FINITI PROGETTO E VERIFICA DELL ARMATURA Progetto armature a flessione e a taglio...15 Verifiche a flessione (stato limite ultimo)...16 Verifiche a taglio (stato limite ultimo)...19 CARICO LIMITE PALO DI FONDAZIONE... 2 Carichi verticali...2 VERIFICA A PUNZONAMENTO VERIFICA DELL ANCORAGGIO TORRE-PLINTO DI FONDAZIONE

3 2 di 23 PREMESSA La seguente relazione di calcolo preliminare si riferisce al plinto di fondazione torre-aerogeneratore del tipo Enercon E53 (o similare) da installarsi in agro del Comune di RIPACANDIDA (FG) in località C.DA VEGLIA. In questa relazione preliminare di calcolo tutte le calcolazioni sono state eseguite 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. Le competenze del progettista delle fondazioni, partendo dalle sollecitazioni a base torre fornite dal produttore degli aerogeneratori, si limitano al pre-dimensionamento geometrico delle opere in calcestruzzo armato progetto e delle relative armature. In questa relazione preliminare, si è esaminato sia la tipologia del plinto diretto che su pali. La quantificazione e la localizzazione dei plinti diretti e indiretti sarà eseguita in fase di progettazione esecutiva a valle di una più dettagliata indagine geologica e geotecnica come previsto dalle normative vigenti. 2

4 3 4 RELAZIONE DI CALCOLO PRELIMINARE di 23 DESCRIZIONE 5 GEOMETRICA DEL PLINTO DI FONDAZIONE 1 Il plinto calcolato è di forma tronco-conica. Esso è divisibile in tre solidi di cui il primo è un cilindro (corpo1) con un diametro di 12. m e un altezza di.9 m, il secondo (corpo2) è un tronco di cono con diametro di base pari a 12. m, diametro superiore 6di 6. m e un altezza pari 8a.4 m; infine il terzo (corpo3) è un cilindro con un diametro di 6. m e un altezza di 1.3 m. 7 SEZIONE PLINTO D d Corpo3 Corpo2 Corpo1 H3 H2 H1 Htot 5 4 Lp 3 Simbolo m D 12. d 6- L p 1. H1.9 H2.4 H3 1.3 H tot 2.6 Diam. pali Ø Ø1 1 Ø1 11 N 12 Pali di Fondazione Diametro Ø1 Lunghezza di infissione 2m posti ad un interessante di 1m Armatura 11Ø 2 staffe a spirale passo 1cm Figura 1.1: Pianta e sezione del plinto di fondazione 3

5 4 di 23 Viste le caratteristiche geologiche del terreno, si prevede di realizzare una fondazione indiretta composta da 12 pali di diametro 1 cm, di 2 m di lunghezza, disposti come in Figura 1.1. La distanza tra l asse del palo di fondazione e il centro del plinto è pari a 5. m. Le congiungenti degli assi di due generici pali contigui con il centro del plinto forma un angolo di 3. Per maggiori dettagli si rimanda agli elaborati grafici. L interfaccia tra torre e plinto sarà realizzata così come riportato in Figura 1.2. Figura 1.2: Pianta particolare aggancio torre-plinto di fondazione 4

6 5 di 23 NORMATIVA DI RIFERIMENTO Nell esecuzione del progetto, nel calcolo strutturale, nella modalità di posa in opera si è tenuto conto della normativa di seguito riportata: NORMATIVA NAZIONALE Nell esecuzione del progetto, nel calcolo strutturale, nella modalità di posa in opera si è tenuto conto della normativa di seguito riportata: NORMATIVA NAZIONALE Legge 5 novembre 1971 n. 186 (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 28 (G.U. 4 febbraio 28 n Suppl. Ord.) Norme tecniche per le Costruzioni. Inoltre, in mancanza di specifiche indicazioni, ad integrazione della norma precedente e per quanto con esse non in contrasto, sono state utilizzate le indicazioni contenute nella Circolare 2 febbraio 29 n. 617 del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (G.U. 26 febbraio 29 n. 27 Suppl. Ord.) Istruzioni per l'applicazione delle 'Norme Tecniche delle Costruzioni' di cui al D.M. 14 gennaio 28. NORMATIVA INTERNAZIONALE IEC 614-1, 2 edition, Februar 1999, Wind turbine generator system Part1: Safety requirements. UNI 9858 Concrete. Performance, production, placing and compliance criteria UNI ENV del Eurocodice 2. Progettazione delle strutture di calcestruzzo. 5

7 6 di 23 MATERIALI IMPIEGATI Sono stati utilizzati i seguenti materiali: Calcestruzzo di classe Rck 3 per il plinto e i pali di fondazione Classe di esposizione XC2 (secondo la norma EN26) Consistenza S4 f ck 24,9 MPa f cd 15,56 MPa f ctd 1,14 MPa cls 25 Kgf/m 3 Ferro per armature plinto e pali di fondazione FeB44k barre ad aderenza migliorata poco sensibile alle aggressioni chimiche (DM 9//1996) f yk 43 MPa f yd 375 MPa 6

8 7 di 23 GRANDEZZE GEOTECNICHE Si assumono (vedi risultanze della relazione geologica) le seguenti grandezze fondamentali: PRFONDITA metri SPESSORI metri DESCRIZIONE PARAMETRI GEOTECNICI,-,3,3 Terreno vegetale sabbioso di colore =1,8 t/mc bruno,3-2,5 2,2 Argille sabbiose giallastro marrone con ciottoli =2,5t/mc '=32 c'=,16 Kg/cmq cu=1,4 Kg/cmq 2,5-3,5 1, Conglomerati calcarenitici variamente cementati =1,9-1,95 t/mc '=38 c'= 3,5-6,5 3, Argilla con limo sabbioso con ciottoli sparsi 6,5-14, 7,5 Alternanza di limi con sabbia e argilla con lenti di conglomerati a luoghi cementati 14, -3, 16, Limo argilloso e argilla limosa debolmente sabbiosa e marnosa =2,5t/mc '=35 c'=,14 Kg/cmq cu=1,6 Kg/cmq =2,15t/mc '=32 c'=,16 Kg/cmq cu=1,4 Kg/cmq =2,21 t/mc '=23 c'=,25 Kg/cmq cu=3, Kg/cmq 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 RELAZIONE DI CALCOLO PRELIMINARE 8 di 23 CARICHI Nel seguente paragrafo si riportano i carichi da applicare al plinto di fondazione. Nel dettaglio si riferiscono alla Enercon E53 e l esperienza mostra che in fase preliminare possono essere utilizzate anche ad altri aerogeneratori di caratteristiche similari. Comunque si rimanda alla loro verifica e determinazione che avverrà in fase definitiva/esecutiva. Carichi impressi al plinto dall aerogeneratore I carichi relativi alle sollecitazione sono stati forniti dal produttore. Essi vanno intesi come carichi di progetto, in quanto gia moltiplicati per i coefficienti amplificativi. aereo, masse secondo le disposizioni normative IEC In termini geometrici i carichi sono riferiti all estradosso della fondazione ossia ad una quota di 2.6 m rispetto al piano di posa del plinto % 3% Terreno di ricoprimento con le specifiche di portanza per mezzi di sollevamento di grande portata >= 18 dan/mc n 7 tubi flessibili HPTE Ø Figura 5.1 Caratteristiche geometriche plinto di fondazione Il sistema di riferimento adottato è quello riportato in Figura 5.2 8

10 9 di 23 Figura 5.2 Sistema di riferimento adottato In Tabella sono riportati i valori dei carichi trasmessi dal calcolatore della torre nelle diverse ipotesi di carico analizzate. In particolare: F x carico orizzontale lungo la direzione x; F y carico orizzontale lungo la direzione y; F xy F z carico risultante orizzontale; carico verticale; M x momento agente intorno all asse x; M y momento agente intorno all asse y; M xy momento risultante; M z momento agente intorno all asse z; Ipotesi aere mass F x F y F xy F z M x M y M xy M z di carico o e kn kn kn kn knm knm knm knm Extreme 6.1 1, 1, Extreme 6.1 1,35 1, Extreme 1.3 1, 1, Normal 1. 1, 1, Carichi verticali dovuti al solo plinto di fondazione I carichi verticali del plinto di fondazione sono dipendenti dal peso proprio, dal peso del terreno di ricoprimento e dalla forza di galleggiamento. Viste le dimensioni geometriche del plinto sono state definite le seguenti grandezze: Peso proprio G k, kn Peso terreno G k, kn 9

11 1 di 23 Forza d i galleggiamento G k, kn COMBINAZIONI DI CARICO Sono state analizzate 1 combinazioni di carico a partire dalle precedenti ipotesi di carico escludendo quelle caratterizzate da valori delle sollecitazioni intermedi [1.(1./1.)]. Inoltre, è stata valutata per ciascuna ipotesi di carico utilizzata la presenza/assenza della forza di galleggiamento con la finalità di determinare la minima/massima compressione sul generico palo di fondazione, rispettivamente. Infine, la combinazione di carico vento+sisma non è esplicitamente riportata in quanto i relativi carichi di progetto forniti dal produttore risultano inferiori a quelli della corrispondente combinazione vento 6.1(1.35/1.35). Combinazione 1 = Combinazione 2 = Combinazione 3 = Combinazione 4 = Combinazione 5 = Combinazione 6 = Combinazione 7 = Combinazione 8 = DLC 6.1(1,35/1,35) DLC 6.1(1,35/1,35) DLC 6.1(1,35/1,35) DLC 6.1(1,35/1,35) DLC 6.1(1,/1,) DLC 6.1(1,/1,) DLC 1.3(1,/1,) DLC 1.3(1,/1,) G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k, G k,3 1. G k,3 1. G k,3 1. G k,3 MODELLO AGLI ELEMENTI FINITI Per il progetto e la verifica del plinto di fondazione si è utilizzato un programma di calcolo agli elementi finiti. Il plinto di fondazione è stato modellato utilizzando 288 elementi shell aventi un angolo al centro di 15 gradi; naturalmente si è tenuto conto della variazione dell altezza geometrica nella parte bassa del plinto (fig 7.1) individuando 7 sottogruppi come evidenziato nella fig Il modello è caratterizzato dai seguenti parametri Sistema di riferimento Cilindrico 1

12 11 di 23 Coordinate sistema di riferimento Materiale utilizzato Carichi applicati galleggiamento) Centro geometrico del plinto Conc (cls) Tipo puntuale (Forze e Momenti) Uniforme (Peso proprio e Figura 7.1: Vista assonometrica del plinto di fondazione 11

13 12 di 23 Figura 7.2: pianta del plinto di fondazione con evidenziate le sezioni geometricamente uguali OUTPUT MODELLO AGLI ELEMENTI FINITI Visto il carattere preliminare del presente calcolo di seguito si riportano i risultati delle analisi maggiormente significative espresse in termini di sollecitazione sul plinto di fondazione. In particolare i risultati nelle successive figure sono relativi alla combinazione di carico 1. 12

14 13 di 23 Figura 8.1: Momenti radiali (M11) Figura 8.2: Momenti radiali registrati all intradosso (M22) 13

15 14 di 23 Figura 8.3: Tagli radiali (V13) Figura 8.4: Tagli circonferenziali (V23) 14

16 15 di 23 PROGETTO E VERIFICA DELL ARMATURA Progetto armature a flessione e a taglio Partendo dalle sollecitazioni valutate nelle diverse combinazioni di carico adottate si riportano nella tabella seguente, per le diverse sezioni, la minima armatura a flessione e taglio da adottarsi: Armatura radiale Armatura anulare Raggio Altezza A s,11 A s,11 A s,22 A s,22 sezione (inf) (sup) (inf) (sup) m m cmq/ml cmq/ml cmq/ml cmq/ml Armature minime a flessione desunte dai calcoli radiale anulare Raggio Altezza sezione Asw passo passo m m cmq/m m m Armature minime a taglio desunte dai calcoli 15

17 16 di 23 Le armature effettivamente utilizzate sono riportate di seguito: Armatura a flessione (Anulare) Posizione (distanza rispetto al centro Diametro ferro Passo utilizzato Armatura utilizzata raggio) mm cm cmq/ml da 1. a 3. m inferiore ,2 superiore ,2 da 3. a 6. m inferiore superiore Armatura a flessione (Radiale) raggio Armatura inferiore Diametro ferri Distanza media Armatura utilizzata Armatura superiore Diametr Distanza o media ferri Armatura utilizzata m mm cm cmq/ml mm cm cmq/ml Verifiche a flessione (stato limite ultimo) Diagramma di calcolo sforzi-deformazioni ottenuto con: calcestruzzo: diagramma parabola-rettangolo C = 1.6 c1 = 2. %. cu = 3.5 %. acciaio: S = 1.15 su =1. %. diagramma elastico-perfettamente plastico 16

18 17 di 23 Nelle tabelle seguenti si riportano le verifiche allo stato limite ultimo. Momento radiale positivo R H As M Sd M Rd M Sd / M Rd m m cmq/ml knm knm Momento radiale negativo R H As M Sd M Rd m m cmq/ml knm knm M Sd / M Rd

19 18 di Momento anulare positivo R H As M Sd M Rd m m Cmq/m knm knm M Sd / M Rd l Momento anulare negativo R H As M Sd M Rd m m cmq/ml knm knm M Sd / M Rd

20 19 di 23 Verifiche a taglio (stato limite ultimo) La resistenza a taglio è affidata ai seguenti tre contributi: VRd1 VRd2 VRd3 Resistenza di calcolo dell elemento privo di armatura a taglio; Massima forza di taglio di calcolo che può essere sopportata senza rottura delle bielle compresse convenzionali di calcestruzzo; Forza di taglio di calcolo che può essere sopportata da un elemento con armatura a taglio. Si tenga presente che la sezione in cui il taglio sollecitante (VSd) è minore di VRd1, non richiedono armature per il taglio di calcolo ma, è comunque prevista una armatura minima a taglio. Per le sezioni in cui VSd è maggiore di VRd l, va di regola prevista una armatura a taglio tale che VSd VRd3 Taglio V23 (Anulare) R H Asw n staffe passo V Rd1 V Rd2 V wd V Rd3 V Sd V Sd / V Rd3 m m cmq/ml m kn kn kn kn kn

21 2 di Taglio V23 (Radiale) R H Asw m m cmq/m l n staffe pass o V Rd1 V Rd2 V wd V Rd3 V Sd m kn kn kn kn kn V Sd / V Rd CARICO LIMITE PALO DI FONDAZIONE Carichi verticali Dal output del modello FEM si evince che la massima sollecitazione a compressione e a trazione del palo di fondazione nelle diverse combinazioni di carico considerate sono rispettivamente 1917kN e -763kN. Sono considerate sia la condizione drenata che non drenata. La portanza del palo è valutato sommando le due aliquote: portanza di base + portanza laterale. Tali 2

22 21 di 23 aliquote sono calcolate compatibilmente alle grandezze geotecniche precedentemente riportate. Il carico ammissibile a compressione del palo è pari a 1998 kn mentre il carico ammissibile a sfilamento è pari a kn. Le verifiche a compressione e a trazione sono entrambe soddisfatte. Inoltre, con riferimento alla minima armatura da doversi adottare nel palo essa viene calcolata come massimo tra le due seguenti aliquote: A s1 =.3 A c = cmq A s2 =T amm /f yd = 763/3826= 19,94 cmq ari ad una area di cmq. VERIFICA A PUNZONAMENTO La verifica a punzonamento è stata eseguita tenendo presente quanto prescritto dal DM 14//28 al paragrafo 4.1 utilizzando, in mancanza di apposita armatura, la seguente relazione per il calcolo della forza resistente al punzonamento: F =,5 u h f ctd. dove: h è lo spessore della lastra; u è il perimetro del contorno ottenuto dal contorno effettivo mediante una ripartizione a 45 fino al piano medio della lastra; f ctd è il valore di calcolo della resistenza a trazione. Nella tabella seguente si riportano le caratteristiche geometriche necessarie per effettuare il calcolo della forza resistente a punzonamento. D palo h min u f ctd F res.punz R palo cm cm cm Kgf/cm 2 kn kn , > Essendo la forza resistente a punzonamento maggiore della reazione massima esplicitata dal palo di fondazione non è necessario disporre specifiche armature. VERIFICA DELL ANCORAGGIO TORRE-PLINTO DI FONDAZIONE Nell eseguire tale verifica si considera l ipotesi di carico più gravosa [6,1(1,35/1,35)]. 21

23 22 di 23 F xy F z M xy F vstrappo F ostrappo f yd A fv A fo kn kn knm kn kn kn/cm 2 cm 2 cm , orizzontali. 22