Le torri di raffreddamento delle centrali termoelettriche costruite fino agli anni Settanta sono realizzate per la maggior parte in cemento armato. Il vapore, convogliato per convezione naturale, si raffredda lungo il percorso e condensa, l’acqua viene quindi raccolta all’interno di una vasca di cemento posta alla base, nella quale confluisce anche l’acqua di ciclo raffreddata.
Durante il corso degli anni, oltre all’umidità e ai gradienti termici, i vapori, ricchi di agenti chimici, hanno accelerato il processo di degrado del calcestruzzo. Queste strutture, inoltre, hanno ormai raggiunto la fine della loro vita utile e dunque necessitano di essere sottoposte ad una valutazione della sicurezza e ad eventuali interventi di rinforzo.
In questo articolo vedremo come il software DIANA possa essere utilizzato per effettuare una modellazione agli elementi finiti (FE) delle torri di raffreddamento, al fine di valutarne l’integrità strutturale e progettare strategie mirate di riabilitazione di tali strutture.
In particolare, DIANA consente di effettuare analisi non lineari che permettono di riprodurre con estrema accuratezza il comportamento delle torri e le condizioni a cui sono soggette.
Figura 1. Esempio di modello agli elementi finiti creato utilizzando DIANA.
La Struttura
Le torri di raffreddamento del caso studio sono strutture iperboloidi a guscio sottile in cemento armato. Ogni torre è alta 60-70 metri, con un diametro superiore di 25-30 metri e uno spessore delle pareti che varia gradualmente (0,5 metri alla base, che si assottiglia a 0,12 metri in cima). La vasca di raffreddamento alla base è costituita da una piastra circolare di 40-50 metri e da un muro di contenimento di 0,4-0,5 metri di spessore, che sostiene un sistema di colonne circolari inclinate progettate per facilitare il flusso d'aria nel camino.
Obiettivi dell’analisi
Per questo caso studio, poiché diverse torri si avvicinavano alla fine della vita utile, è stata commissionata una valutazione strutturale per determinare il grado di sicurezza e la fattibilità di interventi di riabilitazione.
Le sfide principali dell’intervento possono essere riassunte nei seguenti punti:
- Le torri presentano grave degrado del materiale: fessurazioni, perdita di spessore del calcestruzzo e corrosione dell'armatura.
- Alcune torri mostrano segni di instabilità strutturale causata dall'ovalizzazione dovuta al vento e alle sollecitazioni termiche (si veda Figura 2 di seguito).
- Necessità di prolungare la durata strutturale senza alterare la distribuzione delle masse o imporre nuovi carichi eccessivi sulla fondazione.
- Riduzione al minimo dei tempi di inattività per evitare interruzioni delle operazioni della centrale elettrica.
I metodi di valutazione tradizionali non sono in grado di catturare appieno la complessità di queste strutture obsolete, rendendo necessario l’adozione di analisi avanzate agli elementi finiti (FEA).
Figura 2. Esempio di analisi degli elementi finiti di una torre di raffreddamento sotto carichi operativi, che mostra la distribuzione delle sollecitazioni e i modelli di ovalizzazione.
