Ciminiere Di Acciaio in Lombardia

5/12/2018 Ciminiere Di Acciaio in Lombardia - slidepdf.com

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COSTRUZIONIMETALLICHE

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r e a l i z z a z i oni

Ciminiere di acciaioper impianto produzioneenergia costruite in

Lombardia

Steel chimneys manufactured in Lombardy

for an energy production plant

Riccardo Serafin

L’articolo riguarda la realizzazione di 2 cimi-niere in acciaio del tipo “a canna autoportante”realizzate nell’ambito di un impianto per la pro-duzione di energia. La tipologia, le dimensionie soprattutto l’altezza, 120 m, ne determinano lasignificatività strutturale nell’ambito delle speci-fiche applicazioni dell’acciaio in manufatti di taletipologia. Attualmente le ciminiere risultano es-sere le più alte tra quelle realizzate in acciaio conquesta tipologia nell’ambito del continente euro-peo. Esse dimostrano le possibilità applicative edi vantaggi economici dell’utilizzo dell’acciaio permanufatti tradizionalmente realizzati con cannain cemento armato o con strutture di sostegno inacciaio, generalmente reticolari, cui viene delega-ta la capacità portante rispetto alle azioni di pro-getto agenti sulle ciminiere.Nell’articolo si delineano i tratti salienti relativi

alle fasi di progettazione, prefabbricazione, in-stallazione e montaggio, esecuzione dei test diprova dinamica, specificando le peculiarità pro-gettuali e realizzative dell’opera.

The article describes the manufacture of 2 self-sup- porting flue steel chimneys for a power production plant. The type, size and, above all, the height, 120metres, give the structures a certain significancewithin the context of the specific applications of steel in manufacturing operations of this kind. Thechimneys are currently the highest steel structuresof their kind in Europe. They are a demonstration

1. OGGETTO-DESCRIZIONE GENERALELa ditta Scandiuzzi SpA è stata incaricata dal ConsorzioTurbigo 800 della progettazione e realizzazione “chiaviin mano” di 2 ciminiere autoportanti in acciaio da eri-gersi nell’ambito di un importante impianto per la pro-duzione di energia, avente come Committente la dittaEdipower, sito nei comuni di Turbigo e Robecchetto(Mi), nell’ambito di un progetto industriale denominato“Turbigo 800 MW – CCGT Repowering”.Nell’ambito di tale impianto la ditta Edipower ha realiz-zato 2 unità (boilers) per la produzione di energia elettri-

ca avente potenzialità di 800 Mw. Esigenze autorizzativeed ambientali hanno determinato la necessità di dotarele 2 unità produttive di ciminiere per la dispersione deifumi in atmosfera, aventi altezza di m 120 e diametro dim 6.87. Si è optato per la realizzazione di ciminiere in ac-ciaio del tipo “a canna autoportante” (senza struttura disupporto) al fine di minimizzare i costi di realizzazionee di ottemperare alle richieste di progetto.Si sono inoltre valutate le varie opzioni relative ai dispo-sitivi più adatti per il contenimento degli effetti vibran-ti delle ciminiere (schermi frangivento, piatti elicoidali,ecc.); la scelta è ricaduta sul sistema a “masse smorzanti”da installarsi sulla sommità delle ciminiere. Tale soluzio-ne ha consentito un limitato impatto visivo del dispositi-vo di smorzamento con costi realizzativi accettabili, purpresentando alcune problematiche significative durantele fasi transitorie di installazione degli “elementi alti”delle ciminiere.

of the potential and the economic advantages that can be obtained from the use of steel for items tra-ditionally built with reinforced concrete flues or steel support structures – usually in a grid pattern– which perform the load-bearing function with re-spect to the design forces acting on the chimneys.The article describes the main aspects of the de-sign, prefabrication, installation and assemblystages and the performance of dynamic testing,

with the specification of the distinctive design andconstruction factors.

2. PROGETTO: SOGGETTI INTERVENUTINELLA PROGETTAZIONELo Studio RF-Project (Dr. R. Serafin – Ing. F. Scotton)ha eseguito la progettazione esecutiva-strutturale delleciminiere in collaborazione con l’Ufficio Tecnico dellaScandiuzzi. Il gruppo di lavoro così costituito possiedegià ampie esperienze nella progettazione di ciminierein acciaio di tipologia affine alle presenti. Lo studio e laprogettazione dei dispositivi di smorzamento delle vibrazioni sono stati condotti dalla ditta Flow Engineering(Prof. H. Van Koten) che vanta prestigiosi titoli ed espe-

rienze nel settore (appartenenza al Comitato Tecnico diredazione delle Norme Cicind [11]), in collaborazionecol costruttore e lo studio di progettazione. Il ConsorzioTurbigo 800 ha svolto la funzione di supervisore al pro-getto ed alla esecuzione delle ciminiere.

3. PROGETTOIl progetto si è articolato in due fasi:• una prima fase di definizione funzionale delle carat-teristiche del manufatto, riguardante le caratteristichegeometriche e tecnologiche, oltre che la definizione dellatipologia costruttiva più adeguata alle esigenze costrut-tive, di installazione e di avvio dell’impianto;• una seconda fase riguardante il dimensionamento e leverifiche strutturali delle ciminiere.a) Caratteristiche funzionaliSono state definite dal costruttore del generatore (boiler)le caratteristiche dei fumi (massa, temperatura, caratte-



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Fig. 1 - Assieme generale ciminiere



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Fig. 2 - Veduta generale ciminiere

e altre ciminiere esistenti

Fig. 3 - Veduta generale

ciminiere e caldaia

Fig. 4 - Dettaglio passerelle e scale

ristiche chimiche, ecc.) in uscita dal boiler e sulla base di queste, oltreche sulla base della velocità dei fumie l’altezza di progetto, è stata indi-viduata la dimensione della sezionetrasversale delle ciminiere per con-sentire il soddisfacimento dei requi-siti imposti. Sono state inoltre messea punto le interfacce di collegamentofunzionale tra ciminiera e boiler.Tenuto conto di tali caratteristichesi è inoltre individuato il materialecostituente la ciminiera (Corten–S355J2G1W) con la definizione delsovrametallo da considerarsi pergli effetti indotti dalla corrosione (sisono applicate le norme EC3 [13] eCicind [11]).Si sono quindi individuate le posi-zioni per l’installazione del damper

(a m 60 di altezza), di gestione del-l’apertura del camino e dell’insono-rizzatore (a m 40 di altezza); conse-guentemente si è provveduto alladefinizione dei limiti della coibenta-zione del manufatto.Il Consorzio T-800 ha inoltre defini-to i requisiti e le caratteristiche degliimpianti di segnalazione aerea (lucistroboscopiche, ecc.) e di controllo egestione del processo (sensori, ter-mocoppie, ecc.).Tenuto conto di tali dati di input pro-gettuale, si è delineato uno schemadi layout delle ciminiere che ne hadefinito le caratteristiche funzionalirelazionandole alle loro caratteristi-che costruttive e statico-dinamico. Si

è pertanto provveduto a “sezionare”la ciminiera lungo l’altezza indivi-duando degli elementi (tronchi) chefossero logicamente congrui con leesigenze funzionali e costruttive. Ildiametro delle ciminiere ha inoltrecondotto alla definizione della ti-pologia costruttiva del manufatto:infatti la sua dimensione non con-sentiva la realizzazione di elemen-ti completamente saldati presso lostabilimento di prefabbricazione ela spedizione via strada-ferrovia alcantiere per il montaggio.La tipologia costruttiva scelta, giàampiamente sperimentata dal co-struttore in altri manufatti di simi-lari caratteristiche dimensionali, ha

previsto la realizzazione delle cimi-niere a “tronchi bullonati” comple-tamente preassemblati fuori opera(non sul sito di installazione ma co-munque nell’ambito del cantiere) esuccessivamente posti in quota com-pleti degli accessori di competenza(scale, passerelle, canalizzazioneed elementi elettrici, coibentazioni,damper, ecc.) e collegati tra di loro amezzo di giunti bullonati a flangia.L’unica eccezione è costituita dallaparte bassa della ciminiera (fino aquota + 30.00 m circa dal piano diancoraggio di base) che è stata rea-lizzata in soluzione “completamen-te saldata”, assemblando le virolepreformate direttamente sul sito diinstallazione.Dopo l’individuazione dei tronchicostituenti la ciminiera si è procedu-to alla definizione della partizione

in pianta degli elementi costituenti itronchi, generalmente 3 o 4 elementicon diametri di tale entità ai fini dellaottimizzazione del trasporto; succes-sivamente sono state definite le viro-le a sezione circolare che sono statesagomate in officina secondo i dia-metri di progetto e sulle quali sonostati saldati gli altri elementi (flange, bocchelli strumentazioni, supportipasserelle, sostegni impianti, ecc.). Ipezzi così definiti sono stati speditial cantiere di montaggio dove sonostati assemblati, definendo i varitronchi, che sono stati successiva-



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Fig. 5a - Modellazione

strutturale ciminiera

Fig. 5b - Mesh strutturale

ciminiera

Fig. 5c - Modellazione

strutturale zona ingressofumi

Fig. 5c - Mesh strutturale

zona ingresso fumi

mente completati secondo quantoprescritto dal progetto e successiva-

mente installati in quota.Nel caso delle presenti ciminiere talesoluzione costruttiva ha consentitodi minimizzare gli interventi di sol-levamento da realizzarsi in cantiereper la messa in quota dei vari tron-chi, limitando l’intervento dei mez-zi di sollevamento, particolarmenteonerosi, in periodi programmati,con notevole risparmio economiconella gestione dei mezzi stessi.b) Dimensionamento e verifiche strutturaliUna volta definite le caratteristichefunzionali di progetto delle ciminie-re e verificata la compatibilità delsistema costruttivo a “tronchi preas-semblati” alle esigenze del cantieredi installazione, si è proceduto con la

progettazione strutturale delle particostituenti il camino e degli elementi

di ancoraggio dello stesso.Nel dimensionamento strutturaledella canna strutturale si sono appli-cate le norme CNR–UNI [7], Cicind[11], Eurocodice [13–14] e UNI [15],confrontando i criteri e le prescri-zioni strutturali con le norme ASME[17], e DIN [16], al fine di equipararele scelte strutturali ed i risultati del-l’analisi con il maggior numero pos-sibile di norme riguardanti le cimi-niere autoportanti in acciaio.Le ciminiere sono state oggetto dimodellazione strutturale e di analisicon metodo FEM secondo i parame-tri di progetto e le indicazioni espli-citate nelle normative sopracitate. Lestrutture delle passerelle realizzate

ai vari livelli secondo specifiche esi-genze funzionali sono state conside-rate come elementi di “cerchiatura”delle ciminiere mentre, in assenzadi passerelle, sono state realizzatecerchiature con profilati di sezioneL150x100x10.Particolare attenzione è stata postanello studio, nella definizione dellatipologia e nelle verifiche di analisistrutturale della parte di ciminierainteressata dalla zona del condottodi ingresso dei fumi dalla caldaia.La necessità di prevedere un’ampiaapertura sul mantello del caminoper il passaggio dei fumi in uscitadal boiler, ha determinato la neces-sità di disporre dei rinforzi che po-

tessero ripristinare le caratteristicheinerziali della sezione trasversale; siè quindi optato per la realizzazionedi una serie di colonne con sezionescatolare di adeguata inerzia (sezio-ne 670x300 sp. 20/40 mm) poste incorrispondenza del limite radialedella canna e vincolate a passo co-stante con elementi di collegamento(sezione 215x330 sp. 15 mm) che neriducessero le snellezze verticali. Ilrisultato è stato un reticolo costitui-to da elementi con sezione scatolareper consentire l’ottimizzazione strut-turale della sezione trasversale ed unagevole montaggio degli elementistessi nel cantiere di installazione.Altro aspetto rilevante è rappresen-tato dall’ancoraggio a terra dellacanna che è stata realizzato median-te la posa in opera di tirafondi (n°72 tondi, diametro 72 mm – S355JR)ancorati in profondità alla fondazio-ne realizzata in c.a. con vari stratidi armatura, a mezzo di un largopiatto in acciaio (sezione 350x80 mm– S355JR) annegato nel monolite in

cls di base.Scelte di carattere costruttivo e diinstallazione hanno determinatola realizzazione di giunti flangiati(spessori delle flangie variabili da 50a 30 mm e bulloni di sezione variabi-le da M27 a M20 – Classe 10.9) tra ivari tronchi costituenti le ciminiere;questi sono stati oggetto di attentodimensionamento e realizzazione alfine di garantire la resistenza rispet-to alle azioni agenti di progetto e laverticalità delle ciminiere nella pro-pria configurazione finale che pote-va essere compromessa a causa delleproblematiche indotte dai consistentispessori in gioco da saldare. L’atten-zione e la cura posta su tale dettaglio



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Fig. 6 - Ancoraggi a terra delle ciminiere

ha consentito di ottenere un valoredi scostamento della verticalità paria 50 mm, abbondantemente al disotto di quanto previsto dalle normeinternazionali più restrittive (ASME[17]: 200 mm su altezza di 120 m).Il dispositivo di smorzamento dellevibrazioni posto in sommità è com-posto da 6 ammortizzatori vincolatisulle strutture del camino e da unamassa smorzante pari a 7.000 kg concorsa laterale pari a 200 mm; il di-spositivo richiede ridottissimi inter-venti manutentivi essendo necessarisolo periodici interventi di controllodella funzionalità peraltro gestibilidirettamente da terra (v. paragrafo“Test e collaudo”).

4. ASPETTI INGEGNERISTICI DIDETTAGLIOSi mettono in luce gli aspetti inge-gneristici più significativi che hannocaratterizzato la realizzazione:• Determinazione sovrametallo del-la canna strutturaleIn relazione alla tipologia del metal-lo che costituisce la canna del cami-no, dei trattamenti superficiali, del-la vita utile della ciminiera, e dellacomposizione chimica dei fumi, èstato valutato lo spessore del sovra-metallo da non considerare rispettoallo spessore nominale effettivo del-le lamiere costituenti la canna, ai finidelle verifiche strutturali.

CORROSIONE ESTERNA:Per un acciaio autopassivante ver-niciato (con programma preventivoper la riverniciatura), il sovrametallonecessario risulta pari a 0 mm, indi-pendentemente dalla vita utile dellastruttura (rif. EC3 [13]).

CORROSIONE INTERNA:In relazione alla composizione deifumi e al periodo in cui il camino ri-mane spento, si può determinare illivello di attacco chimico sulle pareti.Infatti nei periodi in cui il caminorimane spento, la temperatura del-le pareti decresce, facendo sì che sipossa formare della condensa sullepareti dello stesso.La condensa ha una composizioneche dipende dalla composizione chi-mica dei gas all’interno del camino.Essendo il contenuto di SOx trascu-rabile, la quantità di acido solforicoche si viene a formare risulta an-ch’essa trascurabile (tale parametroè dovuto alla tipologia di gas com-

busto nella caldaia).Il fatto che il camino sia realizzato inacciaio tipo Corten, dà un’ulterioregaranzia sulla durabilità della strut-tura, in quanto tale tipo di acciaio hauna resistenza all’aggressione da aci-do solforico maggiore rispetto a unnormale acciaio al carbonio.Nonostante ci siano molti cicli di ac-censione-spegnimento della caldaia,e quindi diversi periodi in cui ci pos-sa essere potenziale formazione dicondensa, si è valutato che questanon risulta essere aggressiva, e si ri-tiene quindi che il grado di aggres-sione possa essere valutato come“basso”, anche in relazione alla tipo-logia di acciaio utilizzato (Corten).

Il sovrametallo da considerare ri-

sulta pari a 1.0 mm per i primi diecianni di vita della struttura, e pari a1.0 mm per ogni periodo addiziona-le di 10 anni, pertanto, assumendocautelativamente una vita utile diprogetto del camino pari a 25 anni,lo spessore del sovrametallo da con-siderare risulta pari a 1.0 + (1.5 x 1.0)= 2.5 mm (rif. EC3 [13]).A fine di confronto, tale sovrametal-lo è stato valutato facendo riferimen-to anche alle norme CICIND [11],che per una temperatura di eserciziodi 150°C, e un livello di attacco chi-mico basso, forniscono un valore disovrametallo pari a 2.0 mm per unavita di 20 anni, con una proporzionesi ottiene quindi il valore di 2.5 mm

per una vita di 25 anni, confermando



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Fig. 7 - Condotto fumi e sezione trasversale ciminiere

quanto precedentemente determina-to con riferimento alle prescrizionidi Eurocodice.Nel dimensionamento strutturalesono stati depurati gli spessori di so-

vrametallo dagli spessori nominalidelle lamiere utilizzate procedendoinoltre ad un’analisi di “buckling”degli elementi. Le lamiere costi-tuenti le ciminiere hanno spessorivariabili tra 20 mm (alla base) e 8mm (sommità) incluso lo spessore disovrametallo prescritto. Il peso delleopere in acciaio, canna strutturale +opere accessorie, è pari a 350 t perciascuna ciminiera.• Considerazioni sulle azioni delvento e sul comportamento della ci-minieraLe azioni del vento agenti sulla cimi-niera dipendono da diversi aspetti,che sono stati valutati con riferimen-to a molteplici norme nazionali e

internazionali, al fine di valutare inmaniera corretta i parametri di cari-co agenti sulla ciminiera.In relazione al fatto che le due cimi-niere sono disposte a una distanza

relativamente breve, si è resa ne-cessaria una attenta valutazionedegli effetti fluidodinamici dovutiai fenomeni aerodinamici (effetti diinterferenza da “galopping”) che sicreano in tali configurazioni geome-triche. L’azione del vento, subendodelle accelerazioni localizzate incorrispondenza delle ciminiere, creadelle vibrazioni supplementari chesi trasformano in sollecitazioni ag-giuntive agenti sulla struttura. Talifenomeni sono di natura puramentefluidodinamica, e sono difficilmenteparametrizzabili con formule anali-tiche; tali aspetti sono stati studia-ti nel tempo con numerosi studi ingalleria del vento e con il monitorag-

gio di strutture esistenti, che hannopermesso di ricavare dei coefficientidi maggiorazione che sono riportatinelle norme Cicind [11] e DIN [16]. Ilparametro di riferimento per la va-lutazione di tale aspetto è il rappor-to tra la distanza delle ciminiere e ildiametro delle stesse (pari a 5), cheporta ad avere una maggiorazionedella velocità del vento pari a 1.17,e pertanto un incremento dei carichisulla struttura pari a 1.172 = 1.37.Il sito è caratterizzato da una velocitàdel vento di riferimento di 25 m/s (a 10m di altezza dal suolo) e da una classedi rugosità ambientale del territoriopari a D (caso più gravoso); sulla basedi tali parametri è possibile andare a

calcolare la velocità media del ventoalle varie altezza da terra (crescenteal crescere dall’altezza da terra) cheraggiunge la velocità massima di 43.1m/s all’altezza di 120 m (come indica-to nella successiva tabella).

z Vm (z)(m) (m/s)0.0 24.34.0 24.310.0 29.420.0 33.230.0 35.440.0 37.050.0 38.360.0 39.370.0 40.180.0 40.990.0 41.5100.0 42.1110.0 42.6120.0 43.1

A seguito della definizione delle ve-locità del vento si è reso necessarioun attento studio, eseguito secondo

le indicazioni della norma EC1 [12],per la valutazione del coefficientedinamico e dei coefficienti di forzaassociati alla struttura in esame.Coefficiente di forza:Il coefficiente di forza riassume inun unico parametro l’integrale dellepressioni/depressioni create dal ven-to circonferenzialmente sulla paretedella ciminiera, e permette di valu-tare le azioni globali per la verificadelle struttura.La distribuzione delle pressioni/depressioni circonferenziali sullaciminiera dipende dalle caratteri-stiche geometriche della stessa cheinfluiscono sulla fluidodinamica delvento, ovvero Numero di Reynold



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Fig. 8 - Dispositivo di smorzamento

e rugosità superficiale delle pareti,come indicato nel grafico seguente(EC1 [12]).

Tale valore deve essere poi correttoin funzione della snellezza della ci-miniera (rapporto tra altezza e dia-metro), portano a ricavare un coef-ficiente di forza sulla canna dellaciminiera pari a 0.53.Per la zona del condotto inferiore è

stato assunto un coefficiente di forzapari a 0.8 + 0.4 = 1.2 (considerandotale zona assimilabile a un fabbrica-to), mentre per le scale e le passerelleè stato assunto pari a 2.

Coefficiente dinamico:La definizione del coefficiente dina-mico tiene in considerazione l’incre-mento o il decremento delle solleci-tazioni dovute alla risposta dinamicadella struttura e risulta essere l’aspet-to di più complessa valutazione.Normalmente, per strutture ordina-rie sono disponibili numerosi graficiche correlano le caratteristiche geo-metriche di un qualsiasi fabbricatoal relativo coefficiente dinamico; perla ciminiera in esame, in relazioneall’altezza pari a 120 m e al diame-tro pari a 7 m, in seguito a un’anali-si dei grafici per la determinazionedel coefficiente C

d , si ricade nella

zona per la quale risulta necessarioutilizzare un metodo di calcolo det-tagliato, riportato nell’appendice Bdell’Eurocodice 1-parte 2-4 [12].

Tale metodo, estremamente complesso,permette una valutazione semi-analiti-ca (in quanto fa uso di molteplici para-metri sperimentali ricavati da numero-si studi) del coefficiente dinamico.Lo studio porta a effettuare dellevalutazioni associate alla dinamicadella struttura, che a seguito del-la valutazione delle masse modali,delle frequenze e del fattore di piccodelle raffiche di vento, dei periodi divibrazione della struttura e del de-cremento logaritmico associato allosmorzamento globale della strutturaconsentono di ricavare il coefficientedinamico.Per le ciminiere in esame, tra i para-metri sovra citati assume particolare

importanza il decremento logaritmi-co, in quanto tale parametro risentesignificativamente della presenzadello smorzatore in sommità. Il valo-re del decremento logaritmico è parialla somma di tre termini:

- Decremento logaritmico della cimi-niera (pari a 0.015)- Decremento logaritmico dovutoallo smorzamento aerodinamico(per la ciminera in esame risulta paria 0.136)- Decremento logaritmico del dispo-sitivo di smorzamento (pari a 0.4)Dall’analisi dei numeri precedenti sicapisce chiaramente che la presen-za dello smorzatore dà il contributomaggiore allo smorzamento.A seguito della valutazione di tuttii parametri a cui è stato brevementeaccennato, si riesce a definire il coeffi-ciente dinamico che risulta pari a 0.86. Azioni dinamiche del vento e oscillazio-ni trasversali:

In corrispondenza di una certa ve-locità del vento, i fenomenti aerodi-namici dovuti al distacco dei vorticisul camini (vortici di Von Karman),possono assumere delle frequenzepari alla frequenza di risonanza del

camino; il quale, se sollecitato perun tempo sufficientemente lungo,comincia a oscillare trasversalmente,con incrementi notevoli delle oscil-lazioni in corrispondenza della fre-quenza di risonanza del camino.L’analisi modale indica che la fre-quenza propria del camino vale n1= 0.453 Hz.Con questa frequenza la velocità divento critica per il camino diventa:V

cr= D n

1/St

In cui D è il diametro, pari a 7.0 mSt è il numero di Strouhal, che tenen-do conto della vicinanza di un’altraciminiera, è pari a:St = 0.1 + 0.085 log (a/d) valida pera/d ≤ 15



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Fig. 9a - Stress analisi ciminiera Fig. 9b - Stress analisi

zona ingresso fumi

St = 0.1 + 0.085 log (35.0 / 7.0) = 0.16V

cr= 7.0 x 0.453 / 0.16 = 19.91 m/s

Si trova una velocità critica di 19.91m/s, che viene abbondantemente su-perata dalla velocità media reale. Nesegue che si possono innescare i vor-tici di Von Karman, e sono pertantorichiesti dispositivi particolari pereliminare il fenomeno.Per eliminare le azioni dovute all’ec-citazione causata dal distacco deivortici, la struttura è dotata dellosmorzatore posizionato in sommità,che riduce drasticamente le azionidinamiche del vento.Le azioni dinamiche, grazie al dispo-sitivo smorzante, in corrispondenzadel vento critico, non portano la

struttura in risonanza, e le azioni chene derivano risultano minori delleazioni quasi-statiche che si verifica-no in corrispondenza del vento mas-simo; nonostante tutto l’influenzadel carico dinamico del vento vienetenuto in considerazione, in quantorimane sempre un’azione lateraledel vento, che deve essere sommataall’azione quasi-statica.L’azione di carico dovuta al fenome-ni oscillatori trasversali viene ricava-ta andando a determinare un caricodistribuito equivalente alle azioniinerziali agente sulla parte superio-re della canna della ciminiera, cherisulta pari a 494 daN/m applicato asui 42 m superiori della ciminiera.Tale carico, in assenza del dispositivosmorzante, sarebbe risultato notevol-mente superiore, con sollecitazionianche 5-6 volte superiori, che spessodiventano il carico dimensionante del-la struttura. La presenza dello smorza-tore consente quindi di ridurre anchele sollecitazioni dovute alle azioni tra-sversali causate dal vento critico, oltre

agli aspetti visti in precedenza.

Cicli di tensione causati dal distacco deivortici ed effetti della fatica sulle ciminiere:Il numero dei cicli di tensione N as-sociato all’oscillazione causata daldistacco dei vortici può essere stima-to da: N = 6.3 ⋅ 107 ⋅ T ⋅ n

1 ⋅ ε

0 ⋅ (v

crit

/ v0)2 ⋅ e^(- v

crit/ v

0)2

in cui :T = tempo di vita in anni della cimi-niera = 25 annin

1= frequenza propria di vibrazione

= 0.453 Hzε

0= fattore di larghezza di banda che

descrive la larghezza di banda del-la risonanza dei vortici e può essereapprossimato pari a 0.3

Fig. 9c - Stress analisi ciminiera Fig. 9d - Stress analisi

zona ingresso fumi



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Fig. 10a - Deformata ciminiera Fig. 10b - Deformata ciminiera

Fig. 10c - Deformata zona ingresso fumi

Fig. 10c - Deformata zona ingresso fumi

vcrit

= 19.91 m/sv

0= v

m,L/ 5 = 42.54 / 5 = 8.51 m/s

N = 6.3 ⋅ 107 ⋅ 25 ⋅ 0.453 ⋅ 0.3 ⋅ (19.91/ 8.51)2 ⋅ e^(- 19.91 / 8.51)2 = 2.65 x 107 cicliA seguito della definizione del nu-mero di cicli oscillatori agenti sullastruttura nella propria vita di proget-to, è possibile andare a determinareil numero di Miner, per valutare se

ci possono essere problemi di fatica,con riferimento alla normativa CI-CIND [11].La presenza dello smorzatore con-sente di ridurre notevolmente il nu-mero di cicli oscillatori di carico a cuisarà sottoposta la struttura nella suavita, e pertanto consente di garantirela struttura da problemi di fatica perlunghi periodi; a solo titolo di esem-pio, la ciminiera in esame potrà ave-re problemi di fatica solo dopo circa1800 anni.

Considerazioni finali:Dalle analisi sopra riportate, di cuisono stati riportati solamente i prin-cipali concetti, omettendo quasi

completamente i concetti matema-tici, risulta comunque evidente chela presenza dello smorzatore portaad avere molteplici aspetti positivi,e che la funzionalità dello stesso ri-sulta un aspetto di fondamentale im-portanza per l’intera ciminiera.Si riportano in seguito i principaliaspetti positivi indotti dalla presen-za dello smorzatore:

- Riduzione del coefficiente dinami-co, e pertanto riduzione delle azioniquasi-statiche sulla struttura, conconseguente riduzione delle solleci-tazioni;- Riduzione drastica delle azioni as-sociate ai fenomeni di risonanza incorrispondenza della velocità criticadel vento, che porta a sollecitazionisulla struttura inferiori alle solleci-tazioni quasi-statiche, e pertanto ri-sultano di secondaria importanza alfine del dimensionamento;- Riduzione del fenomeno della fati-ca, che diventa trascurabile.Risulta pertanto chiaro che il costodello smorzatore viene compensatoda un minore costo dell’intera cimi-

niera, che può essere dimensionatada carichi di entità minore rispetto aquelli che si avrebbero con ciminieretradizionali (senza smorzatore); tut-to ciò è associato a una struttura chenella globalità risulta più sicura, inquanto si riescono a controllare tuttii fenomeni dinamici dovuti alle azio-ni create dal moto fluidinamico delvento, che sono i fenomeni più peri-

colori, per opere di questa tipologia.

5. LA PREFABBRICAZIONEPRESSO LO STABILIMENTODI PRODUZIONE E PRESSO ILCANTIERECome già accennato in precedenzasi è provveduto alla prefabbricazio-ne delle virole costituenti la cannastrutturale presso lo stabilimento diproduzione come pure per le scale, lepasserelle e gli elementi del condot-to, inviando i materiali così preas-semblati presso il cantiere di instal-lazione. La committenza ha messo adisposizione un’area nei pressi delsito di installazione delle ciminierenell’ambito del quale la Scandiuzzi



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ha organizzato l’assemblaggio deivari tronchi secondo la procedurarichiesta dalla tipologia delle opereda eseguirsi (fasi operative di as-semblaggio, saldatura delle virole,controlli radiografici sulle saldature,installazione degli accessori, verni-ciatura, realizzazione della coiben-tazione dove richiesto). Tale proce-dura ha consentito di preassemblarea terra i vari tronchi “completi” epronti per l’installazione in quota,limitando così solamente alle opera-zioni di raccordo degli accessori e di

bullonatura dei tronchi, le attività daeseguirsi in quota. Con tale sequenzaoperativa sono stati approntati i varitronchi in conformità alle proceduretemporali di installazione mediantel’utilizzo di mezzi di sollevamento,di rilevanti caratteristiche e costo,secondo periodi programmati di uti-lizzo, anche in relazione alle altre at-tività da compiersi sul sito di installa-zione (installazione e montaggio del boiler). Il condotto di raccordo deifumi dalla caldaia al camino è statorealizzato con pannelli prefabbricati

aventi sagoma “trasportabile” pres-so lo stabilimento di produzione edè stato successivamente assemblatodirettamante sulla ciminiera.

6. MONTAGGIOE INSTALLAZIONEGli aspetti relativi alla installazionein quota dei vari tronchi al fine didefinire le ciminiere nella propriaconfigurazione finale di esercizio,sono risultati determinanti e decisivinell’impostazione generale del pro-getto e della prefabbricazione.I pesi e le altezze delle ciminiere,oltre al dispositivo di smorzamentodelle vibrazioni posto in sommità,hanno determinato una serie di pas-

saggi progettuali ed operativi finoranon attuati per ciminiere di altezzameno significativa. Infatti l’aspettocritico delle fasi di installazione del-le ciminiere sono risultate essere lefasi transitorie di installazione deitronchi oltre la quota di m 73–85;fino a tale quota infatti il camino,seppur privo del dispositivo dismorzamento, assumeva un regimestatico–dinamico in grado di sop-portare le azioni esterne di progetto(azione del vento) senza particolariproblematicità strutturali. Oltre talequota, ed in assenza del dispositivodi smorzamento installato peraltroin sommità dello stesso, azioni delvento con velocità di 20 m/sec. pos-sono indurre sul camino effetti talida pregiudicarne la stabilità strut-turale. In ragione di tale aspetto si è

Fig. 11 - Dettaglio coibentazione e passerelle

Fig. 12a - Modellazione in fase di

sollevamento ultimo tronco ciminiere

Fig. 12b - Deformata in fase di


Fig. 12c -Stress analisi in fase di




3CM 2007


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provveduto ad una serie di verifichedi tutte le configurazioni transito-rie di installazione oltre la quota di+73.00 m, concludendo che il mon-taggio dei vari tronchi costituenti ilcamino oltre tale quota doveva es-sere attuato entro un limitato arcotemporale (2 giorni) e previa un ade-guato accertamento delle condizionimeteorologiche previste. Le opera-zioni di installazione della parte altadelle ciminiere sono state condottecon successo in condizioni meteo eambientali idonee per il montaggioin conformità ai tempi programma-ti. L’installazione dell’ultimo troncodella ciminiera con il dispositivo dismorzamento ha definito il camino

nella sua configurazione geometri-co–dimensionale e strutturale finale.Il sollevamento dei vari tronchi delleciminiere è stato effettuato attraver-so l’utilizzo di bilancino con golfari bullonati alle flangie dei tronchi; taletipologia di sollevamento ha con-sentito di effettuare più semplici eridotte attività in quota per lo sgan-ciamento dei tronchi dal bilancino econseguentemente dal mezzo di sol-levamento. In ragione di tale sceltasi sono condotte analisi strutturalicon metodo FEM per la verifica del-le porzioni di flangie e lamiera dellacanna interessate dalla concentra-zione di carico indotta dal solleva-mento; sono stati realizzati golfari elocali rinforzi sui tronchi che hannoconsentito la realizzazione di taleattività senza alcuna deformazionedegli elementi strutturali.

7. TEST E COLLAUDOLa particolarità dell’opera ha richie-sto la definizione della più adatta

tipologia di test di collaudo da con-durre al fine di verificare la validitàe l’adeguatezza strutturale delle ci-miniere.In prima battuta si è considerato direalizzare una prova di carico “stati-

ca” utilizzando la modesta distanzadelle 2 ciminiere (35.00 m) e appli-cando un carico statico alla quotadel primo tronco saldato (quota+30.00 m) di intensità tale da indurreun regime tensionale negli elementicostituenti il camino equiparabili alregime indotto dalle azioni di pro-getto del vento. Dallo studio di taleipotesi è emersa la difficoltà e la li-mitatezza di tale approccio: l’entitàdel carico da applicare sarebbe statatale da indurre dei fenomeni di per-manente deformazione sulle struttu-re delle ciminiere, l’eventuale analisidel regime tensionale sarebbe statodi scarsa rilevanza data la diversitàtra il comportamento reale del ma-

nufatto (dinamico) ed il comporta-mento indotto dalla prova di carico(statico).Si è pertanto optato per una verificadello stato vibrazionale delle cimi-niere realizzato dalla ditta Flow–En-

gineering che ha consentito di analiz-zare l’effettivo comportamento delleciminiere in presenza delle azionidel vento e che, in conseguenza allalettura di tale analisi, ha consentitodi verificare la corretta realizzazio-ne ed efficienza sia del dispositivodi smorzamento che dei giunti flan-giati di connessione dei vari tronchicostituenti le ciminiere. Il test è statocondotto con l’utilizzo di sensori po-sti alla base del camino, un amplifi-catore di segnale e un adeguato sof-tware che, una volta analizzati i dati,li ha trasformati al fine di consentireun confronto con i dati teorici attesi.L’analisi così condotta ha verificatoal perfetta rispondenza tra le aspet-

Fig. 13a - Fase di sollevamento ultimo

tronco ciminiera (inizio sollevamento)

Fig. 13b - Fase di sollevamento ultimo

tronco ciminiera (sollevamento intermedio)

Fig. 13c - Fase di sollevamento ultimo

tronco ciminiera (fase finale)

Fig. 13d - Fase di sollevamento ultimo

tronco ciminiera (aggancio ultimo tronco)

Committente: Edipower

Sito: Comuni di Robecchetto e Turbigo (Mi)

Main Contractor: Consorzio Turbigo 800

Costruttore: Scandiuzzi SpA, Volpago

del Montello (Tv)

Progetto strutture in acciaio ciminiere ed ac-

cessori: RF–Project (ing. Federico Scotton –

dr. Riccardo Serafin), Ponte di Piave (Tv)

Progetto dispositivi di smorzamento e con-

sulenza tecnica: Flow Engineering (prof.

Henk Van Koten), Deft (Olanda)

Direzione Lavori: RF–Project, Ponte di

Piave (Tv)

Esecuzione test e prove dinamiche: Flow

Engineering, Deft (Olanda)



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Bibliografia

[1] Legge 5/11/1971 N. 1086 “Norme per la

disciplina delle opere in conglomerato ce-

mentizio armato normale e precompresso

ed a struttura metallica”

[2] Circolare 14 febbraio 1974 del Ministero

LL.PP. “Istruzioni per l’applicazione dellalegge 05 novembre 1971, n. 1086”

[3] D.M. 09/01/96 “Norme tecniche per il cal-

colo, l’esecuzione ed il collaudo delle strut-

ture in cemento armato, normale e precom-

presso e per le strutture metalliche“

[4] Circolare Min. LL.PP. 15 ottobre 1996 n.

252 – Legge 1086 – Istruzioni per l’applica-

zione delle «Norme tecniche per il calcolo,

l’esecuzione ed il collaudo delle strutture in

cemento armato, normale e precompresso e

per le strutture metalliche»”

[5] CNR-UNI 10012/85 “Istruzioni per la va-

lutazione delle azioni sulle costruzioni”

[6] CNR-UNI 10021/85 “Strutture di acciaio

per apparecchi di sollevamento. Istruzioni per

il calcolo, l’esecuzione e la manutenzione”

[7] CNR-UNI 10011/88 “Costruzioni di ac-

ciaio. Istruzioni per il calcolo, l’esecuzione, il

collaudo e la manutenzione”

[8] DM 16/1/1996 “Norme tecniche relative aicriteri generali per la verifica di sicurezza delle

costruzioni e dei carichi e sovraccarichi”

[9] Circolare Min. LL.PP. n. 156AA.GG./STC.

del 4 luglio 1996 “Istruzioni per l’applicazione

delle norme tecniche relative ai criteri genera-

li per la verifica di sicurezza delle costruzioni

e dei carichi e sovraccarichi di cui al D.M. 16

gennaio 1996”

[10] Ordinanza n. 3274 del 20/03/2003 “Primi

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classificazione sismica del territorio naziona-

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zona sismica”

[11] CICIND “Model Code for Steel Chi-

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[12] UNI-ENV 1991-2-4 “Eurocodice 1, Basi

di calcolo ed azioni sulle strutture – Parte 2-

4: Azioni sulle strutture – Azioni del vento”

[13] UNI-ENV 1993-3-2 “Eurocodice 3, Pro-gettazione delle strutture di acciaio – Parte

3-2: Torri, pali e ciminiere – Ciminiere”

[14] UNI-ENV 1998-3 “Eurocodice 8, Indi-

cazioni progettuali per la resistenza sismica

delle strutture – Parte 3: Torri, pali e cami-

ni”

[15] UNI 9503 “Procedimento analitico per

valutare la resistenza al fuoco degli elementi

costruttivi di acciaio”

[16] DIN 4133 “German industrial standar-

ds: Steel stack / Chimneys built of Steel”

[17] ASME STS-1-2000 “Steel stacks”

tative teoriche definite nella fasedi analisi strutturale e le risultanzeempiriche analizzate sul manufattorealizzato.Il sistema di test consentiva inoltre,se attuato con continuità tempora-

Fig. 14 - Ciminiere in configurazione finale Fig. 15 - Ciminiere in configurazione finale

le, il monitoraggio in “progress”della risposta dinamica delle cimi-niere rispetto alle azioni esternecon l’eventuale evidenziazione dimalfunzionamenti nel dispositivodi smorzamento o di anomalie nella

capacità strutturale dei giunti bullo-nati per effetto di accidentali svita-menti dei bulloni.

Dr. arch. Riccardo Serafin,RF Project, Ponte di Piave (TV)

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Ciminiere Di Acciaio in Lombardia