Le pale eoliche sono un piccolo capolavoro dell’ingegneria, in particolare sono dei generatori eolici (o aerogeneratore o turbina eolica) che servono alla produzione di energia elettrica sfruttando l’energia cinetica del vento.
Sono realizzate in diverse dimensioni e capacità, così come sotto rappresentato:
Grazie alla loro forma snella e allungata sono strutture annoverabili tra le “strutture alte e snelle”, generalmente progettate e realizzate in acciaio.
La loro grande diffusione e utilizzo negli ultimi anni ha evidenziato alcuni problemi progettuali-esecutivi che hanno prodotto in diversi casi il collasso della pala eolica stessa. Soffermandoci in questo articolo esclusivamente al collasso del “piede” della pala, si riportano le immagini di alcuni tipi di collasso:
In particolare le immagini sopra riportate evidenziano due differenti modalità di collasso strutturale:
- Collasso del blocco fondazione (foto1-2)
- Rottura tirafondi di ancoraggio (foto3)
Si precisa che le cause del collasso di tipo 1 (accaduto con bassa frequenza ed in concomitanza di fondazioni superficiali) si possono suddividere in:
- Deformazione-rotazione del blocco di fondazione
- Rottura del terreno
La seconda tipologia di collasso (molto più frequente, ed indipendente dalla tipologia di fondazione e terreno) invece, si è manifestata per rottura dei tirafondi:
In questo articolo si focalizzerà l’attenzione sul solo collasso dei tirafondi, lasciando ad un altro articolo il collasso e la progettazione del blocco di fondazione.
La pala eolica è una struttura isostatica (mensola) con un unico vincolo di incastro alla base sul quale si scaricano le massime sollecitazioni; in particolare considerando le sezioni con deformazioni taglianti trascurabili (Bernoulli) e data la ridotta dimensione delle barre di tirafondi rispetto alla sezione della pala, le sollecitazioni flessionali produrranno degli sforzi di pura trazione-compressione negli stessi, così come sotto riportato:
Tali sforzi vengono trasferiti dalla flangia della pala ai tirafondi grazie al perfetto contatto garantito sia dalla resina espansiva (tipo Emaco) che espandendosi garantisce il contatto uniforme, sia dalla pretensione generata dal serraggio dei dadi, assicurando così il corretto trasferimento degli sforzi dalla pala alla fondazione.
In realtà il collasso della pala eolica (oggetto di studio) ha evidenziato come alcuni aspetti esecutivi e progettuali di dettaglio abbiano pregiudicato l’equilibrio delle forze in gioco.
Seguono le immagini collasso della pala studiata:
In particolare si nota come la pretensione dei tirafondi sia limitata alla sola porzione della flangia (anziché interessare flangia ed emaco). Si precisa che la pretensione nei tirafondi li agevola in condizioni di fatica, migliorando la loro resistenza.
Infatti come si può notare dalle immagini che seguono, la rottura è avvenuta per tensoflessione nella zona non presollecitata, evidenziando una marcata curvatura:
In ultimo ma non meno importante, la posa della resina espansiva non è stata fatta a regola d’arte, infatti vi erano degli spazi vuoti tra flangia di base ed emaco (rigagnoli di acqua) tali da ridurre la superficie di contatto:
Conclusioni sul collasso
Il collasso della pala eolica ha evidenziato i seguenti aspetti di dettaglio (progettuali ed esecutivi) a cui porre attenzione:
- La pretensione deve essere applicata a tutto il gambo del tirafondo, almeno fino all’interfaccia del calcestruzzo,
- La resina espansiva (emaco) deve essere posata rispettando tutte le prescrizioni di progetto affinché ci sia il totale contatto con la flangia di base.
Progettazione dei dettagli
Per la cura del dettaglio della progettazione dei nuovi attacchi, si è posto l’attenzione sulle seguenti fasi:
- Inserire dei dadi “SOFFICI” di serraggio tali da garantire l’installazione iniziale della pala eolica e non inficiare le operazioni di pretensione,
- Garantire una pretensione in tutto il gambo scoperto dal calcestruzzo,
- Avere garanzie di corretta posa della resina espansiva.
Le prescrizioni sopra elencate, si realizzano:
- utilizzando dei dadi di plastica con capacità intermedia tra pretensione fase di installazione e pretensione fase di collaudo
- posa di guaina isolante lungo il gambo del tirafondo (tra calcestruzzo e flangia)
- posa della resina espansiva a regola d’arte.
L’esecuzione prevede l’installazione del tronco della pala sui dadi di plastica e ivi serrati affinché diano garanzie di sicurezza; successivamente si inserisce la malta espansiva colabile (emaco) ed a maturazione avvenuta si serrano con la pretensione di collaudo i dadi di acciaio esterni tale da rompere i sottostanti dadi di plastica garantendo la pretensione su tutto il gambo.
