Centrale in caverna di un impianto idroelettrico

INTERPROGETTI

Studio degli effetti prodotti dalle vibrazioni meccaniche indotte dal funzionamento della pompa di sollevamento sulle strutture in cemento armato della centrale in caverna dell’impianto idroelettrico Pont Ventoux.

Vista caverna parete Nord L’approccio “teorico” è basato sull’utilizzo delle tecniche dell’analisi dinamica per costruire un modello matematico della struttura, da cui individuare i modi propri di vibrazione e quindi calcolare la risposta strutturale alle vibrazioni indotte dal funzionamento della pompa di sollevamento. Tale approccio, benché di notevole complessità per la quantità dei dati e delle informazioni necessarie per garantire una corretta modellazione, investiga i comportamenti legati alle specificità proprie dell’organismo strutturale in esame. In particolare, occorre una descrizione completa della sorgente eccitante in termini di legge temporale o di spettro in frequenza, una conoscenza completa delle proprietà strutturali dell’edificio nonché dei vincoli al contorno. Questi ultimi, in particolare, sono stati schematizzati con dei vincoli elastici sulle superfici perimetrali, secondo un modello alla Winkler nelle tre direzioni. Il valore di rigidezza da assegnare ai vincoli elastici è stato determinato mediante un procedimento iterativo di back-analysis.

Case Study di

midas

 

 

Cliente: INTERPROGETTI S.r.l.

INTERPROGETTI srl, societa’ di ingegneria di Napoli, che svolge attivita’ di progettazione, direzione dei lavori e consulenza nei vari settori dell’ingegneria civile e impiantistica. Fornisce attività di supporto nella realizzazione di opere nell’ambito della ingegneria civile articolate in progettazione, direzione lavori e collaudi.

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Le Analisi Strutturali

L’impianto idroelettrico di Pont Ventoux utilizza le acque della Dora Riparia ed in parte del rio Clarea per la produzione di energia elettrica. Attraverso una condotta forzata l’acqua viene immessa nella centrale in caverna, dove sono alloggiati i macchinari idraulici ed elettrici di produzione.
La caverna della centrale è posizionata nel massiccio di calcescisti tra la Valle del Cenischia e quella della Dora Riparia ed è imposta a quota 470 m slm, con copertura di circa 280 m. Lo scavo è stato eseguito con metodo tradizionale a sessioni successive e consolidamenti sistematici. I sistemi di sostegno sono costituiti da barre passive poste in opera immediatamente dopo ogni singolo avanzamento di scavo (sostegni di prima fase) e da tiranti permanenti in barre con doppia protezione anticorrosiva, iniettati con malta cementizia e posti in opera al termine di ogni fase di scavo (sostegni di seconda fase). Al sostegno delle pareti contribuisce anche un doppio strato di spritz beton di spessore complessivo di 25 cm, armato con doppia rete elettrosaldata 5 maglia 10×10 cm; il secondo strato di spritz beton, dello spessore di 15 cm, è rinforzato con fibre metalliche.
La struttura della centrale è composta da 6 livelli costituiti da solettoni pieni in c.a. , da un nucleo scala-ascensore in adiacenza alla parete Sud e da un altro nucleo in adiacenza alla parete Nord.velocimetro su pompa
Tutti i livelli hanno larghezza costante pari a 18.30 m e sono tutti allineati sul nucleo Sud che va dalla quota fondazione (+470.00) alla quota della calotta (+516.5). La profondità dell’opera e di conseguenza la lunghezza dei diversi livelli, è variabile a causa del fatto che la zona che ospita il gruppo ternario necessita di un ulteriore approfondimento rispetto alla zona del gruppo binario, per la presenza della pompa e delle sue opere accessorie.
Pertanto il primo ed il secondo livello hanno una lunghezza di 22.40 m, il terzo ed il quarto livello di 33.05 m, il quinto di 37.05 m ed il sesto di 50.00 m. Si nota che solo l’impalcato del sesto livello è assimilabile ad una soletta, in quanto ha uno spessore di 0.70 m. Gli altri livelli, destinati ad accogliere le turbine e la pompa, hanno geometrie molto articolate, nelle quali non si individuano zone con elementi assimilabili a piastre (elementi con una dimensione molto ridotta rispetto alle altre due), anzi si evidenzia la presenza di blocchi monolitici in calcestruzzo molto rilevanti, alti fino a 5.80 m.
Gli elementi verticali di collegamento sono costituiti da quattro pilastri tozzi posti ai vertici di un cavedio 4×4 m comune a tutti i livelli, dalle pareti e dai nuclei perimetrali. Come già detto la parete Sud è delimitata da un nucleo quadricellulare con pareti da 0.25 m e setti di bordo su lato corto da 0.95 m. In adiacenza allo spritz-beton delle pareti Est ed Ovest sono stati realizzati dei setti dello spessore di 0.40 m solidali ai vari impalcati che raggiungono la quota del sesto livello. Da tale quota fino alla quota di imposta della calotta, i setti sono sostituiti da pilastri 0.70×0.90 m ancorati alla roccia con tiranti attivi e sormontati da una trave di collegamento che accoglie i binari di un carroponte. Dal lato Nord, i vari livelli di impalcato sono delimitati da una parete in c.a. di spessore 0.40 o 0.70 m. Dalla quota del sesto livello (+495,00) fino alla calotta è presente il nucleo Nord, costituito, fino a quota +502.50, da due nuclei rettangolari separati per inglobare il varco di accesso alla centrale. Da tale quota in su il nucleo diventa unico di forma rettangolare 18.00×3.80 m con spessori di 0.25 m.

Vantaggi dell’utilizzo di MIDAS nell’analisi strutturale

Vista parete OvestIl modello strutturale si compone di frame, plate e solid per un totale di 20886 elementi. Per la determinazione delle frequenze naturali e delle forme modali della struttura si è condotta un’analisi dinamica lineare con il metodo Ritz Vector che, paragonata con un’analisi degli autovalori, presenta il vantaggio di trovare solamente i modi di vibrare pertinenti ai carichi agenti sulla struttura, eliminando così i calcoli dei modi non necessari.
Questo aspetto è stato fondamentale nel caso in esame, in quanto la sorgente delle vibrazioni era localizzata in un punto e si voleva studiare l’effetto dinamico delle forze applicate in quel punto.
Nel modello è stato introdotto un vuoto nella zona in c.a. che accoglie la pompa. Al centro di tale cavità è stato inserito un nodo rigidamente collegato ai nodi circostanti.
A tale nodo sono state assegnate le sollecitazioni nelle 3 direzioni in funzione del tempo, così come registrate nelle diverse campagne di misura, consentendo così una ”time history analysis”. La struttura è incassata totalmente nella roccia, pertanto per modellare correttamente il suo comportamento dinamico, si sono schematizzate le superfici di contatto come dei vincoli elastici, secondo un modello alla Winkler. Il valore di rigidezza da assegnare ai vincoli elastici è stato determinato mediante un procedimento di back-analysis. Tra i numerosi modelli analizzati, facendo variare i valori delle rigidezze Kv, Kh e Kt, è stato scelto quello che consente di minimizzare lo scarto tra valori di velocità calcolati e misurati in sito con velocimetri posti in diversi punti della struttura durante il funzionamento della pompa.

Perchè INTERPROGETTI ha scelto Midas

Interprogetti ha introdotto l’utilizzo di Midas Gen ® dal 2007, i miglioramenti sono stati molteplici, da quelli più immediati sull’utilizzo di un software intuitivo e con ottima interfaccia grafica, a quelli più sostanziali legati alle enormi potenzialità di analisi
anche complesse di strutture di qualsiasi natura.Centrale acquisizione dati velocimetri
Il principale fattore decisionale nella scelta di utilizzare Midas Gen ® è la completezza delle analisi da poter effettuare, conservando la possibilità di un controllo totale sui dati di input e di output. Il software è stato utilizzato per modellare e analizzare svariate tipologie strutturali (edifici in c.a., edifici in acciaio, impalcati in c.a.p. pre e post tesi, ponti), nonché per eseguire verifiche di sicurezza sugli elementi monodimensionali; la padronanza degli enormi mezzi messi a disposizione del software, dopo una prima fase di conoscenza, ha comportato grandi vantaggi sui tempi di progettazione. Questo progetto è stato caratterizzato da complessità quale, ad esempio, la back analisys per la determinazione delle condizioni al contorno che ha comportato l’analisi di svariate decine di modelli
di calcolo, ed il controllo dei risultati nei nodi di misura.
Tale procedura è stata svolta agevolmente, mediante l’inserimento nelle tabelle dei dati di rigidezza da cercare ed i valori di velocità dei 20 nodi corrispondenti ai 20 velocimetri posizionati in sito sono stati immediatamente individuabili tra le decine di migliaia di altri nodi mediante i comodi strumenti di selezione. Risparmiando almeno il 30% sul tempo di modellazione ed il 70% sul controllo dei risultati.