Principali aspetti legati alla progettazione di torri eoliche in acciaio = Main aspects related to the design of steel wind turbines

Un’alternativa ecologica alle fonti energetiche non rinnovabili, per produrre energia elettrica, è sicuramente rappresentata dai parchi eolici. I parchi eolici sono costituiti da una serie di torri, o elementi verticali, generalmente in acciaio, le cui dimensioni sono davvero importanti: possono raggiungere i 100 metri di altezza e, nel caso di torri realizzate con profili tubolari, il diametro può superare i 3 metri. Le limitazioni di altezza e diametro vengono imposte da leggi nazionali o locali, in base a dove viene ubicata la torre eolica. Nonostante lo schema strutturale sia abbastanza semplice (trave a sbalzo con massa concentrata in alto) il loro progetto nasconde molte insidie, non sempre note a chi si avvicina per la prima volta a queste strutture, che se trascurate possono portare a conseguenze pericolose. Per esempio, le azioni dinamiche agenti sulle torri eoliche in acciaio determinano una limitazione della vita a fatica dei particolari costruttivi che, se non adeguatamente progettati, possono presentare i classici segni di deterioramento prematuro (come la frattura sulle saldature). Le fondazioni sono molto differenti a seconda delle peculiarità della torre eolica progettata. Le più comuni, utilizzate per torri onshore realizzate con profili tubolari di acciaio, si presentano come un unico enorme plinto in cemento armato (dimensioni fino a diametri di 15m con 3m di altezza totale) con eventualmente l'aggiunta di pali. La progettazione di questa tipologia di fondazione è molto delicata e deve essere eseguita con estrema attenzione. Quando la torre eolica raggiunge la fine della vita utile, generalmente intorno ai 15-20 anni, viene dismessa e smontata. Risulta evidente che queste enormi fondazioni in calcestruzzo armato sono particolarmente difficili da smaltire, andando quindi contro il principio di eco-sostenibilità per le quali le torri stesse nascono. L’articolo presenta una discussione sui principali aspetti da considerare nella progettazione di queste strutture, fornendo un quadro di minimo nella stima della sicurezza strutturale. Viene inoltre dedicato un capitolo alla problematica della risonanza struttura-rotore che quando insorge, porta inevitabilmente al blocco totale dell’impianto. Insieme al problema in sé vengono discusse anche alcune strategie risolutive. Lo studio eseguito sulla torre eolica di acciaio presentata può essere considerato come rappresentativo di molte soluzioni già installate sia in Italia che all'estero.An eco-friendly alternative to non-renewable energy sources, such as oil, to produce electrical energy, is certainly represented by the wind farms. Wind farms consist of a series of towers, or vertical elements, generally made of steel, whose dimensions are really important: they can reach 100 meters in height and, in the case of tubular towers, the diameter can exceed 3 meters. Although the structural scheme is quite simple (cantilever beam with concentrated mass on top) their design hides many issues, not always known to those approaching these structures for the first time, which if neglected can lead to very dangerous effects. The dynamic actions acting on steel wind towers cause a limitation of the fatigue life of the construction details which, if not adequately designed, will show the classic signs of premature deterioration (e.g. cracks on welds). The foundations are very different case to case, depending on the considered wind turbines. Onshore steel turbines are generally realized employing hollow circular steel profiles presents a unique huge reinforced concrete foundation with eventually the adjunction of piles. In this case, it can be underlined that these enormous concrete foundations are particularly hard to dispose of once the steel tower is removed. The following paper presents the main aspects to be checked in the design of these structures, providing a minimum framework in the estimation of structural safety. Furthermore, one chapter is also dedicated to the problem of structure-rotor resonance which leads to the total block of the entire system. Along with the problem itself, some mitigation strategies are also presented. The reported steel wind tower can be considered as representative of many solutions already installed both in Italy and abroad