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Impianto eolico in località Monte Il Cerrone | Comune di Mercatello sul Metauro (PU)

Calcolo Preliminare delle Strutture di Fondazione

Ing. Damiani Massimo Viale Risorgimento 16 – 61041 Acqualagna (PU) Tel. Fax. 0721 798075

e-mail: [email protected]

COMUNI DI MERCATELLO SUL METAURO

Provincia di PESARO-URBINO

RELAZIONE DI CALCOLO PRELIMINARE SULLE STRUTTURE DI

FONDAZIONE DEI 9 AEROGENERATORI COSTITUENTI L’IMPIANTO

EOLICO DI “MONTE IL CERRONE ”

Committente: MTRE s.r.l. – VIALE Aristide Merloni 45 - 60044 Fabriano (AN)

Ubicazione: COMUNE DI MERCATELLO SUL METAURO

IL PROGETTISTA DELLE STRUTTURE

Dott. Ing. Massimo Damiani

Acqualagna, lì 29.04.2010





1. UBICAZIONE

Il progetto della società proponente MTRE s.r.l. prevede la realizzazione di un impianto eolico in

località Monte Il Cerrone, Comune di Mercatello sul Metauro (PU).

Oggetto della presente relazione è lo studio preliminare delle strutture di fondazione.

PROSPETTO LATERALEPROSPETTO FRONTALE





2. DESCRIZIONE GENERALE INTERVENTO

L’impianto eolico in oggetto, è costituito da nove aerogeneratori della potenza unitaria massima

di circa 3,0 MW per una potenza complessiva massima di circa 27,0 MW, e prevede la

costruzione di una sottostazione elettrica nei pressi della linea elettrica alta tensione 132 kV

Città di Castello – Sant’Angelo in Vado in località “I Laghi” (sempre nel comune di Mercatello sul

Metauro) ed il relativo elettrodotto interrato di collegamento elettrico.

L’impianto eolico è situato nella parte meridionale del territorio amministrativo del Comune di

Mercatello sul Metauro (PU), in corrispondenza dei confini comunali di San Giustino (PG) e

Città di Castello (PG); l’impianto interessa il crinale costituito (procedendo da nord-est verso

sud-ovest) dalle cime di Monte della Guardia (quota 861 m s.l.m.), Monte Il Cerrone (865 m

s.l.m.) e Cime Le Fienaie (962 m s.l.m.); tali monti definiscono la linea spartiacque meridionale

del bacino idrografico del Torrente Sant'Antonio.

L’ipotesi di ubicazione dei 9 generatori e le indagini effettuate permettono di considerare una

unica tipologia di carichi di esercizio e di terreno di sedime; ciò ammette lo studio di un modello

di fondazione univoco che nel caso specifico è un plinto diretto in cemento armato di base

quadrata.

La torre considerata in questa fase di studio è in acciaio di forma tubolare tronco conico. Verrà

collegata al plinto mediante concio in acciaio immerso nel calcestruzzo ed ancorato tramite

barre passanti.

Concio in acciaio

Si ribadisce che le indicazioni dell’aerogeneratore descritto sono puramente indicative e

riferite ad una sola tipologia di prodotto in commercio e pertanto sono da intendersi

qualitativamente.

E’ possibile che in fase di progettazione esecutiva sia scelta per l’esecuzione dell’opera

una tecnologia differente.





3. GEOMETRIA DELLA FONDAZIONE

La struttura di fondazione sarà costituita da un plinto diretto in cemento armato di base

quadrata 15m x 15m.

Poiché lo stato tensionale è massimo al centro e va riducendosi verso l’esterno lo spessore

del plinto sarà variabile come mostrato nello schema che segue:





4. METODOLOGIA DI CALCOLO e RIFERIMENTI NORMATIVI

Il criterio di progettazione e verifica adottato è quello degli stati limite secondo le N.T.C. 2008 e

la IEC 61400 – 1.

Trattandosi di uno studio di massima si è analizzata la situazione più gravosa relativa allo stato

limite ultimo.

E’ stata anzitutto predimensionata la struttura mediante verifica a ribaltamento e scivolamento;

si è quindi proceduto ad analizzare la massima sollecitazione trasmessa al terreno e a calcolare

le armature.

5. CARICHI e COMBINAZIONI

I carichi di esercizio sono stati forniti dal produttore in funzione di quanto prescritto nella IEC

61400 – 1; la norma chiede di analizzare due situazioni estreme e due condizioni normali:

Extreme 6.1: Parcheggio (macchina ferma o funzionante a vuoto) con raffica 50 anni (V=42.5

m/s e a = -8°)

Extreme 6.2: Parcheggio (macchina ferma o funzionante a vuoto) con perdita di rete elettrica

con raffica 50 anni (V=42.5 m/s e a = 200°)

Normal 1.0: Produzione di potenza

Normal 5.1: Arresto di emergenza (V=12.0 m/s e a = 0°)

I carichi utilizzati per il predimensionamento della struttura di fondazione relativi alla condizione

più gravosa per una torre di potenza unitaria 2.0/3.0 MW, diametro eliche = 82m e altezza

mozzo 85m sono riportati nella tabella seguente e denominati secondo il sistema si riferimento

riportato in figura:

Fx (daN) Fy (daN) Fz (daN) Mx (daNm) My (daNm)

Extreme 6.1 70700 13200 -256800 -163500 5045400

(si trascura Mz)





Sistema di riferimento

Ai fini del predimensionamento della struttura di fondazione non si considera la condizione

sismica poiché le sollecitazioni indotte dal vento estremo sono più gravose.

Vista infatti la conformazione della torre eolica, essa presenterà periodi propri di vibrazione

dell’ordine dei secondi in corrispondenza dei quali, data la conformazione dello spettro sismico

elastico, si avrà luogo ad accelerazioni sismiche non significative al dimensionanto geometrico

delle strutture.

Componendo le sollecitazioni della tabella sopra si ottengono le seguenti risultanti:

Fz = N = -256800 daN

Fxy = T = radq (Fx^2 + Fy^2) = 71922 daN

Mxy = M= radq (Mx^2 + My^2) = 5048049 daNm

A questi vanno ovviamente aggiunti il peso proprio della struttura di fondazione e del reinterro.





6. MATERIALI E LORO CARATTERISTICHE

- CALCESTRUZZO: Classe di esposizione XC2 (Ambiente umido, raramente asciutto)

1) Caratteristiche generali: C25/30 - resistenza cilindrica a compressione fck = 0,83xRck = 24,90 MPa fcm = fck+8= 32,90 MPa - resistenza cilindrica a trazione fctm = 0,30xfck

2/3 = 2,56 Mpa - modulo elastico Ec = 22000 (fcm /10)0,3=31447 Mpa

2) Stato Limite ultimo e di salvaguardia della Vita

- coefficiente materiale SLV γc = 1,5

- resistenza di progetto a compressione SLV fcd = 0,85x fck/γc =14,11 MPa - resistenza di progetto a trazione SLV fctd = 1,707 Mpa

3) Stato Limite di Esercizio (condizioni ambientali ordinarie)

- coefficiente materiale SLE γc = 1,0

- tensione di progetto SLE σaz. quasi permanenti = 0,45 fck = 11,21 MPa

- tensione di progetto SLE σaz. rare = 0,6 fck = 14,94 Mpa

- ACCIAIO PER C.A.

Si utilizzeranno barre ad aderenza migliorata del tipo B450C controllate in stabilimento, pertanto

nelle valutazioni di resistenza con il metodo degli Stati Limite si assumono i seguenti parametri:

1) Caratteristiche generali

- modulo elastico Es = 210000 MPa

2) Stato Limite di salvaguardia della Vita

-coefficiente materiale SLV γs = 1,15

- resistenza di progetto SLV fyd = fyk / γs = 391,30 MPa 3) Stato Limite di Esercizio

- coefficiente materiale SLE γs = 1,00

- tensione di progetto SLE σs,az. rare = 0,8 fyk = 360 Mpa





- CARATTERISTICHE DEI COSTITUENTI IL CALCESTRUZZO

Cemento

Potranno essere impiegati unicamente i cementi elencati nella norma UNI ENV 197/1 che

soddisfino i requisiti di accettazione previsti nella Legge 26/5/1965 n°595, con esclusione del

cemento alluminoso e dei cementi per sbarramenti di ritenuta. Il cemento dovrà provenire da

impianti di produzione in grado di garantire la continuità e la costanza della qualità della

fornitura del tipo di cemento richiesto.

Acqua d’impasto

L'acqua d’impasto dovrà essere di provenienza nota e avere caratteristiche costanti nel

tempo, conformi a quelle della Norma UNI EN 1008.

Aggregati

Gli aggregati impiegati per il confezionamento del calcestruzzo, provenienti da vagliatura e

trattamento di materiali alluvionali o da frantumazione di materiali di cava, dovranno avere

caratteristiche conformi a quelle previste nella Norma UNI 8520/2.

Le caratteristiche degli aggregati dovranno essere verificate alla qualificazione. In caso di

fornitura da parte di azienda avente Sistema Qualità certificato secondo norme UNI EN ISO

9000, saranno ritenuti validi i risultati delle prove effettuate dall’Azienda stessa.

Additivi

Le caratteristiche degli additivi dovranno essere conformi a quanto prescritto nella Norme

UNI EN 934/2.

Disarmi

Dovranno essere impiegati solo prodotti conformi alla Norma UNI 8866 per i quali sia stato

verificato che non macchino o danneggino la superficie del calcestruzzo indurito. E' vietato

usare come disarmanti lubrificanti di varia natura o oli esausti.

Granulometria degli aggregati

Gli aggregati dovranno appartenere ad almeno tre classi granulometriche diverse. Nella

composizione della curva granulometrica nessuna frazione potrà essere dosata in percentuale

maggiore del 50%, salvo preventiva autorizzazione del Direttore dei Lavori. Le frazioni

granulometriche dovranno essere mescolate tra loro in percentuali tali da formare miscele

rispondenti ai criteri di curve granulometriche di riferimento teoriche o sperimentali, scelte in

modo che l'impasto fresco e indurito abbia i prescritti requisiti di resistenza, consistenza,

omogeneità, aria inglobata, permeabilità, ritiro e acqua essudata. Le singole frazioni necessarie

a comporre la curva granulometrica non dovranno sovrapporsi per più del 15%; il diametro





inferiore (d) della frazione (i+1)-esima dovrà sempre risultare minore o uguale al diametro

superiore (D) della frazione i-esima.

Il Direttore dei Lavori potrà eventualmente approvare l’adozione di una granulometria

discontinua.

Dimensione massima nominale dell’aggregato

La massima dimensione nominale dell'aggregato dovrà essere scelto in funzione dei valori di

copriferro e interferro, delle dimensioni minime dei getti, delle modalità di getto e del tipo di

mezzi d'opera; come previsto nel punto 5.4. della Norma UNI 9858, la dimensione massima

nominale dell’aggregato non dovrà essere maggiore:

� di un quarto della dimensione minima dell’elemento strutturale;

� della distanza tra le singole barre di armatura o tra gruppi di barre d’armatura

(interferro) diminuita di 5 mm;

� di 1,3 volte lo spessore del copriferro.

Rapporto acqua/cemento

La quantità d’acqua totale da impiegare per il confezionamento dell'impasto dovrà essere

calcolata tenendo conto dell'acqua libera contenuta negli aggregati. Si dovrà fare riferimento

alla Norma UNI 8520 parti 13a e 16a per la condizione "satura a superficie asciutta", nella quale

l'aggregato non assorbe né cede acqua all'impasto. Il rapporto a/c non dovrà discostarsi più di +

0.04 dal valore verificato in fase di qualificazione della relativa miscela.

SEGUONO VERIFICHE





N = 256800 daN

M = 5048049 daNm

V = 71922 daN

B1 = 6 m

B2 = 15 m

h1 = 1 m

h2 = 1,5 m

h3 = 0,5 m

γFOND,= 2500 daN/m3

γRIEMP,= 1800 daN/m3

G1 = 1080000 daN

G2RIEMP. = 502200 daN

γG1 = 0,9

γG2 = 0,9

γQ = 1,5 se sfavorevole

γQ = 0,0 se favorevole

7895722,5 daNm

10679850,0 daNm

1,35 >1 VERIFICATO

AZIONI

DIMENSINI GEOMETRICHE

VERIFICA A RIBALTAMENTO

PESI

Poiché il terreno risulta compitamente definito e parte integrante dell'opera di fondazione si

adottano gli stessi coefficienti delle azioni permanenti.

VERIFICA STATO LIMITE DI EQUILIBRIO (ECU)

M

N

V

==:

.

RIB

STAB

SM

MF

=++⋅⋅+⋅= )( 321. hhhVMM QQRIB γγ

=⋅⋅+⋅+⋅=2

)( 22211.

BNGGM QGGSTAB γγγ





Le verifiche geotecniche vengono condotte secondo L'APPROCCIO2: (A1+M1+R3)

γG1 = 1,0

γG2 = 0,0 a vantaggio di statica



γR = 1,1

φ = 20 tg(Φ)= 0,364

107883,0 daN

392871,4 daN

3,64 >1,1 VERIFICATO

VERIFICA STATO LIMITE DI RESISTENZA DEL TERRENO (GEO)

VERIFICA A SCORRIMENTO

=⋅= VF QSCOR γ.

( ) =⋅⋅+⋅+⋅= φγγγ tgNGGF QGGSTAB 2211.

==.

.

STAB

SCOR

SF

FF





γG1 = 1,3

γG2 = 1,5 presente in quanto parte integrante del progetto



γR = 2,3

2542500,0 daN

7895722,5 daNm

e = 3,11 m

131,84 m2 112,53 m

2

VERIFICA CARICO LIMITE FONDAZIONE TERRENO

se l'azione è diretta con un angolo di 90°

rispetto all'asse della fondazione si ha:

se l'azione è diretta con un angolo di 45° rispetto all'asse

della fondazione si ha:

=⋅+⋅+⋅= NGGN QGGTOT γγγ 2211

( ) =++⋅+⋅= )( 321 hhhVMM QTOT γ

=⋅⋅−= eBBAeff 2

2

2 2 =⋅−= 2

2 )2( eBAeff





Al fine di valutare la condizione più gravosa, si riporta anche la combinazione con i carichi

permanenti ridotti:

γG1 = 1,0

γG2 = 1,0 presente in quanto parte integrante del progetto



γR = 2,3

1967400,0 daN

7895722,5 daNm

e = 4,01 m

104,60 m2 86,94 m

2

se l'azione è diretta con un angolo di 90°

rispetto all'asse della fondazione si ha:

se l'azione è diretta con un angolo di 45° rispetto all'asse

della fondazione si ha:


( ) =++⋅+⋅= )( 321 hhhVMM QTOT γ

=⋅⋅−= eBBAeff 2

2

2 2 =⋅−= 2

2 )2( eBAeff

Come riportato in relazione geologica si evince, che per i terreni oggetto di studio, la pressione

limite del terreno con combinazione M1+R3 (secondo la teoria di Vesic) è circa 11,2 daN/cm2.

Avendo scelto di procedere con l’APPROCCIO 2 delle N.T.C.2008, che prevede una unica

combinazione di verifica (A1+M1+R3) si ha:

2

lim

2 /20,11/26,21000053,112

2542500cmdaNqcmdaN

xq =<==

2

lim

2 /20,11/26,21000094,86

1967400cmdaNqcmdaN

xq =<==





VERIFICA STATO LIMITE DI RESISTENZA DELLE STRUTTURE (STR)

γG1 = 1,3

γG2 = 1,5



2542500,0 daN

7895722,5 daNm

e = 3,11 m

B2/6= 2,50 m

u= 4,39 m

σmin= 0,00 daN/cm2

σmax= 2,57 daN/cm2

e>A/6 sezione parzializzata

MAX


( ) =++⋅+⋅= )( 321 hhhVMM QTOT γ

Al fine di valutare la condizione più gravosa, si riporta anche la combinazione con i carichi

permanenti ridotti:





γG1 = 1,0

γG2 = 1,0



1967400,0 daN

7895722,5 daNm

e = 4,01 m

B2/6= 2,50 m

u= 3,49 m

σmin= 0,00 daN/cm2

σmax= 2,51 daN/cm2

e>A/6 sezione parzializzata

MAX


( ) =++⋅+⋅= )( 321 hhhVMM QTOT γ





Il dimensionamento delle armature viene eseguito, a vantaggio di sicurezza, considerando che

la torre trasmetta l’azione alla struttura di fondazione in maniera puntuale.

In fase esecutiva, si terrà conto della effettiva trasmissione delle azioni che avviene su di un

impronta circolare di ampio raggio.

La verifica strutturale viene condotta per le 3 sezioni più significative:

MAX

ABC

- Sezione A: posta a 2.00ml da bordo in corrispondenza del cambio di armatura;

- Sezione B: posta a 4.50ml da bordo in corrispondenza del cambio di sezione;

- Sezione C: posta in mezzeria in corrispondenza delle massime sollecitazioni.

Il calcolo delle sollecitazioni viene effettuato con il seguente schema di calcolo:

MAX xB

1 2 3 4

1,5Pt

1,3Pp

MAX xB

1 2 3 4

Pt

Pp





Con le seguenti combinazioni di carico:

1,3 Pp + 1,5 Pt + σmax x B per il primo schema

1,0 Pp + 1,0 Pt + σmax x B per il primo schema

N.B. sull’ultimo termine non viene applicato alcun coefficiente moltiplicativo in quanto intrinseco

nel metodo con il quale è stata valutata la tensione del terreno.

INVILUPPO DIAGRAMMA DEL MOMENTO

INVILUPPO DIAGRAMMA DEL TAGLIO

Nelle sezioni oggetto di verifica si hanno le seguenti sollecitazioni massime:

- Nodo 1 (Sez. C) � Med= 53100kNm; Ved= 11110kN;

- Nodo 2 (Sez. B) � Med= 27220kNm; Ved=9320kN;

- Nodo 3 (Sez. A) � Med= 5100kNm; Ved=4850kN;





CLS. Rck = 30 N/mm2 (C25/30)

fck = 0.83·Rck=24.90 N/mm2

fcd = 0.85·fck/γc =0.85·24,90/1.5= 14,11 N/mm2

ACC. fyk = 450 N/mm2 (B450C)

fyd = fyk/γs=450/1.15= 391,3 N/mm2

Es = 210000 N/mm2

εyd=fyd/Es= 0,0018633

b = 600 cm

h = 300 cm

d = 295 cm

c = 5 cm

As = 585,9 cm2

60φ20+75φ26

As' = 75,36 cm2

24φ20

Poiché l’acciaio, nel caso di legame elasto-plastico, non ha limite di deformazione,

lo SLU si raggiunge solo quando il cls. raggiunge la deformazione ultima εcu=3.5‰

- Le rette limite sono infinite, e si ottengono ruotando attorno ai punti A e B.

- La retta limite b rappresentava (D.M.1996) la cosiddetta ‘rottura bilanciata’.

- Si ha ‘rottura’ duttile se l’acciaio si snerva (campi compresi tra i punti ‘a’ e ‘c’ della curva).

25875,10 kN

28967,27 kNm

= 764,81 mm

-31821,95 kN

99371,19 kNm

Il dominio può essere bene approssimato con una spezzata che unisce alcuni punti,

Ciò è a vantaggio di sicurezza data la proprietà di convessità del dominio,

In corrispondenza di NRD=0 corrisponde un MRD pari a: kNm

a)

b)

60540,96

VERIFICA SEZIONE C-C

MEd= 53100 kNm < MRd

As'

As





CLS. Rck = 30 N/mm2 (C25/30)

fck = 0.83·Rck=24.90 N/mm2

fcd = 0.85·fck/γc =0.85·24,90/1.5= 14,11 N/mm2

ACC. fyk = 450 N/mm2 (B450C)

fyd = fyk/γs=450/1.15= 391,3 N/mm2

Es = 210000 N/mm2

εyd=fyd/Es= 0,0018633

b = 1500 cm

h = 200 cm

d = 195 cm

c = 5 cm

As = 585,9 cm2

60φ24+75φ26

As' = 120,6 cm2

60φ16






27645,35 kN

17296,83 kNm

= 505,56 mm

-67393,48 kN

94553,39 kNm




MEd= 27220 kNm < MRd

a)

b)

39769,58

VERIFICA SEZIONE B-B

As'

As





CLS. Rck = 30 N/mm2 (C25/30)

fck = 0.83·Rck=24.90 N/mm2

fcd = 0.85·fck/γc =0.85·24,90/1.5= 14,11 N/mm2

ACC. fyk = 450 N/mm2 (B450C)

fyd = fyk/γs=450/1.15= 391,3 N/mm2

Es = 210000 N/mm2

εyd=fyd/Es= 0,0018633

b = 1500 cm

h = 175 cm

d = 170 cm

c = 5 cm

As = 188,4 cm2

60φ20

As' = 120,6 cm2

60φ16






12091,17 kN

2188,74 kNm

= 440,74 mm

-71973,21 kN

62116,83 kNm




a)

b)

10808,33

VERIFICA SEZIONE A-A

MEd= 5100 kNm < MRd

As'

As





Per la verifica a taglio si riporta la verifica nella sezione più sfavorevole.

Si riporta ad esempio la verifica della sez. B-B.

γc = 1,15

fck = 0.83·Rck= 24,9 N/mm2

d = 1950 mm

b = 15000 mm

k = 1,32

Vmin = 0,26 N/mm2

armatura long.= 70650 mm2 60φ20+75φ26+60φ16

ρ1 = 0,0024154

σcp = 0 N/mm2

VRd1 = 10992,27 kN

VRd2 = 7749,63 kN

kN9320,00VEd=

⇒ VRd= 10992,27 kN

< VRd= 10992,27 kN

Non è richiesta armatura a Taglio





SCHEMA ARMATURA

1Ø26/20

1Ø20/251Ø

20/2

5

1Ø

20/2

5

1Ø20/25

1Ø20/25

1Ø20/25

1Ø16/25

4Ø16 DI PARETE

4Ø16 4Ø16

4Ø16 DI PARETE

4Ø16 4Ø16

4Ø

16 D

I P

AR

ET

E

4Ø

16 D

I P

AR

ET

E

4Ø16 DI PARETE

1Ø16/25

4Ø16 DI PARETE

4Ø

16 D

I P

AR

ET

E

4Ø

16 D

I P

AR

ET

E

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