FONDAZIONI SUPERFICIALI E PROFONDE PER IMPIANTI FOTOVOLTAICI · Gli impianti fotovoltaici, data la loro estesa superficie e la struttura leggera, sono fortemente soggetti all’azione

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FONDAZIONI SUPERFICIALI E PROFONDE

PER IMPIANTI FOTOVOLTAICI



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introduzione

La scelta della tipologia di fondazione da impiegare nell’ambito della realizzazione di un

impianto fotovoltaico è dettata da diversi fattori:

- Dimensione ed importanza dell’impianto;

- Caratteristiche geotecniche del sito;

- Posizionamento ed accessibilità dello stesso;

- Tempistiche di realizzazione dell’impianto.

In via del tutto generale, un impianto fotovoltaico necessiterà di una fondazione di

dimensioni ridotte, facilmente realizzabile, in grado magari di poter essere facilmente

rimossa o addirittura riutilizzata una volta terminato il ciclo di vita utile del sito.

Ciò però non significa voler mettere in secondo piano il progetto della fondazione che

anzi, dovendo far fronte a questi requisiti oltre a quelli imposti dalle moderne normative

tecniche nell’ambito delle costruzioni civili, primo tra tutti la verifica nei riguardi dell’azione

sismica, risulta particolarmente delicato.

Non è facile proporre una fondazione dalle dimensioni contenute, in grado di sopportare i

carichi trasmessi dalla sovrastruttura del fotovoltaico, caratterizzati da momenti flettenti

significativi in concomitanza con sforzi normali piccoli e, a volte, di trazione, garantendo

contemporaneamente l’adeguato livello di sicurezza nei riguardi delle verifiche statiche e

sismiche senza prospettare eccessivi costi di realizzazione.

È per questo che la società TELEIOS, studiando a fondo queste tematiche nell’ambito di

una notevole esperienza nei problemi di geotecnica, è in grado di proporre soluzioni

all’avanguardia adatte ad ogni possibile configurazione.

TELEIOS è in grado di sviluppare il progetto fin dalla esecuzione e analisi delle prove

geotecniche per la caratterizzazione litologica del terreno, così da snellire e velocizzare

l’iter progettuale.



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È impossibile prescindere da una accurata campagna di prove geotecniche: data la grande conoscenza di TELEIOS in questo settore siamo in grado di consigliare il Cliente

per quanto riguarda la scelta delle analisi geotecniche in situ e/o in laboratorio che meglio

si prestano alla specifica situazione, ottimizzando il rapporto costo – benefici, aspetto

difficilmente realizzabile affidando ad una società esterna queste scelte.

Per quanto riguarda le fondazioni si parte dal progetto di fondazioni superficiali, costituite

da plinti di ridotte dimensioni, per passare poi a soluzioni che prevedono l’impiego di

fondazioni profonde (pali trivellati o micropali), con o senza plinto superiore di interfaccia,

per arrivare infine alla tipologia più specifica per questi impianti e cioè fondazioni che impiegano pali a vite, o screw piles.

Si riportano nei capitoli successivi le caratteristiche principali di ogni tecnologia

costruttiva.

aspetti generali della progettazione

TELEIOS è in grado di realizzare anche il progetto della sovrastruttura dell’impianto

fotovoltaico seguendo i dettami delle vigenti normative tecniche nell’ambito delle

costruzioni civili (Norme Tecniche per le Costruzioni, D.M. 14.01.2008).

È naturalmente possibile anche procedere in cooperazione con il progettista esterno della

sovrastruttura nell’ottica di un confronto costruttivo che porti al miglior progetto

dell’impianto.

In tal caso il cliente o il progettista dovranno fornire alla società TELEIOS i carichi statici

defattorizzati (privi cioè dei coefficienti parziali di sicurezza previsti per i vari approcci

progettuali dalle norme) ed i carichi sismici in accordo con le NTC 2008, così da lasciare

la più totale libertà nel progetto e calcolo della fondazione e quindi la possibilità della

massima ottimizzazione.



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Qualora la struttura in elevazione sia calcolata non da un nostro progettista, è

conveniente che il progetto della stessa tenga conto degli spostamenti indotti dal sisma

nel terreno di fondazione e dei possibili effetti da essi prodotti sulla sovrastruttura, così da

poter evitare il collegamento degli elementi di fondazione (come da norme tecniche NTC

2008, § 7.2.5.1), riducendo di conseguenza complessità e costo dell’opera.

Tale procedura è sempre adottata da TELEIOS nei suoi calcoli delle strutture in

elevazione per far si che vi sia la possibilità, in qualunque zona sismica, di non collegare

tra loro le strutture fondali con cordoli.

TELEIOS è in grado di progettare e calcolare ex novo le sovrastrutture necessarie alla

messa in opera dell’impianto fotovoltaico così come di verificare strutture in corso di

fornitura.

Nell’ambito delle analisi geotecniche per le strutture di fondazione TELEIOS si avvale

anche dei programmi di calcolo maggiormente affidabili nel mercato mondiale, tra i quali

Plaxis 2D V9 VIP per le analisi ad elementi finiti e Repute della società Geocentrix per il

calcolo delle fondazioni su pali in campo elastico lineare e non lineare.

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Esempi di applicazione dei due software sono disponibili sul nostro sito web, all’indirizzo:

http://www.teleios-ing.it/it/ArticoliDettaglio.asp?codart=geo

Anche se le opere di fondazione per fotovoltaico non necessitano il più delle volte di tali

strumenti, nel caso di elevata complessità geotecnica, soprattutto in terreni fortemente

compressibili o in caso di situazioni particolari, l’analisi con programmi di calcolo ad

elementi finiti riesce a risolvere problemi che non troverebbero soluzione con analisi

manuali o con software di non comprovata affidabilità.



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FONDAZIONI SU PLINTI



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Qualora i carichi trasmessi dalla struttura in elevazione e le caratteristiche geotecniche

del sito lo consentano la fondazione su plinti è sicuramente quella più semplice e dal

minore impatto; d’altro canto ha la peculiarità di non essere riutilizzabile, non rapida da

realizzare e non dismissibile; quindi tale fondazione non è sempre ben vista dal cliente e

dai vari Enti in fase di richiesta dei permessi.

Qualora i carichi da trasmettere al terreno siano rilevanti le dimensioni del plinto crescono

rapidamente, fino ad arrivare a dei limiti che possono renderne sconveniente l’impiego.

La società TELEIOS è sicuramente all’avanguardia per quanto riguarda la

determinazione della portanza del terreno sia in condizioni statiche che sismiche: le

teorie più moderne, recepite dalle ricerche più evolute sviluppate nelle maggiori

Università del mondo, sono impiegate per calcolare questo delicato e fondamentale

aspetto.

Al riguardo il principale progettista geotecnico e socio della società TELEIOS, l’ing. Marco

Franceschini, ha pubblicato diversi articoli tra i quali si ricorda “Confronto tra i vari metodi

di calcolo delle capacità portanti di fondazioni superficiali in terreni sabbiosi in zona

sismica”, apparso sulla rivista INARCOS n. 666.



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FONDAZIONI SU PALI TRIVELLATI



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Quando i carichi in fondazione sono rilevanti, come nel caso di impianti fotovoltaici a

serra, o quando il terreno in sito è caratterizzato da scarse proprietà meccaniche

l’impiego di fondazioni profonde risulta conveniente.

L’uso di pali trivellati consente di ridurre notevolmente le dimensioni del plinto superficiale

(se non addirittura di eliminarlo), che in tali sfavorevoli condizioni possono diventare

sproporzionate, e inoltre permette di interessare strati profondi del terreno dalle migliori

caratteristiche di resistenza e deformabilità.

Date le dimensioni dei pali trivellati la soluzione che proponiamo prevede l’impiego di un

solo palo, che si collega alla struttura in elevazione o per mezzo di un plinto di

collegamento o in maniera diretta.



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Il palo trivellato sviluppa principalmente attrito laterale con il terreno ma anche (seppur a

seguito di maggiori deformazioni) una quota di portanza alla punta: in ogni caso il

meccanismo resistente è fortemente influenzato dalle tecniche costruttive, da

determinarsi caso per caso a seguito di specifiche valutazioni ed opportunità.

Importante è anche la corretta valutazione del comportamento del palo trivellato soggetto

ad azioni orizzontali applicate in testa, tipicamente trasmesse dalla struttura in elevazione

al sistema fondale in presenza di carichi orizzontali, come l’azione del vento, agenti sulla

stessa.

TELEIOS impiega teorie analitiche, come quella sviluppata da Broms, e software specifici

di calcolo, come il già citato Repute, per verificare il palo anche in questa condizione di

sollecitazione.

Al fine di ottimizzare il rapporto tra TELEIOS e parti terze nella redazione del progetto di

un impianto fotovoltaico abbiamo sviluppato e perfezionato dei protocolli riguardanti

l’analisi delle prove geotecniche (in sito e in laboratorio) e il calcolo della struttura in

elevazione (sia in campo statico che sismico) così da avere le massime possibilità di

sfruttare quanto è in via di esecuzione.

Ulteriori approfondimenti a riguardo sono reperibili nell’ultimo capitolo, riguardante

l’impiego di pali a vite.



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FONDAZIONI SU MICROPALI



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La soluzione con micropali si presta, come quelle con pali trivellati, a sostenere azioni

rilevanti su terreni di scarsa resistenza.

Il vantaggio è costituito dalla possibilità di poter disporre, a parità di attrezzatura di

cantiere, di un numero maggiore di alternative in termini di diametro e lunghezze, con la

possibilità di adattare la conformazione della fondazione ai carichi effettivamente agenti

in quel punto.

A causa del piccolo diametro del micropalo sarà sempre necessario prevedere un dado

superiore di collegamento con la sovrastruttura, elemento che, come già accennato, nel

caso di impiego di pali trivellati aveva la possibilità di essere omesso.

Rispetto ai pali trivellati, inoltre i micropali sono anche meno adatti per sostenere azioni di

taglio.

I macchinari per la realizzazione dei micropali sono certamente meno ingombranti e ciò

semplifica molto le attività di cantiere, specie quando ci si trova ad operare in condizioni

sfavorevoli (scarsa accessibilità, lontananza dalle principali vie di comunicazione).



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FONDAZIONI CON PALI A VITE (Screw Piles)



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Gli impianti fotovoltaici, data la loro estesa superficie e la struttura leggera, sono

fortemente soggetti all’azione del vento.

Le fondazioni dovranno perciò sopportare carichi verticali relativamente bassi a fronte di

ingenti momenti ribaltanti, tali da poter generare addirittura sforzi di trazione in

fondazione.

Aggiungendo a queste considerazioni il fatto che molto spesso tali impianti vengono a

realizzarsi in ambiti rurali in tempi relativamente brevi, dato il forte grado di

prefabbricazione degli elementi che li costituiscono ed i rapidi tempi di posa in opera, si ritiene che una scelta ottimale per le fondazioni sia quella che prevede l’impiego di pali a vite, soprattutto per gli impianti a terra.

Fondazioni con pali a vite di un impianto fotovoltaico a terra.



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Gli screw piles sono pali prefabbricati in acciaio dotati di una o più eliche, disponibili in

varie geometrie e configurazioni, che vengono avvitati nel terreno per mezzo di semplici

apparecchiature che possono essere facilmente montate sulle più comuni macchine

operatrici.

Ciò implica la quasi totale assenza di un cantiere per la realizzazione della fondazione,

aspetto fondamentale quando ci si trova ad operare in ambiti rurali difficilmente

raggiungibili, ed una estrema rapidità di esecuzione.

Le tipologie più comuni e maggiormente reperibili sul mercato presentano una lunghezza

compresa tra 1,5 e 3 metri, con diametri compresi tra 77 e 130 millimetri ed eliche il cui

diametro può attestarsi tra i 180 ed i 250 millimetri.

Tale tipologia di palo è adeguata per resistere sia a sforzi di compressione che di

trazione, e perciò consente alla fondazione di sopportare anche momenti ribaltanti.

Data inoltre la possibilità di rimuovere e riutilizzare tali elementi, gli screw piles si

ritengono convenienti per le fondazioni di impianti leggeri quali quelli a terra, posti in

opera in tempi brevi e dotati di una certa vita operativa.



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Il meccanismo resistente di tali elementi si compone essenzialmente di tre contributi:

- sotto l’elica di base si genera un meccanismo di portata alla punta, simile a quello

che si genera anche nei normali pali trivellati in conglomerato cementizio armato;

- lungo il fusto in acciaio del palo si genera, per semplice attrito acciaio – terreno, una

componente di portata laterale, direttamente proporzionale alla superficie laterale del

fusto a contatto col terreno e dunque al diametro del palo;

- quando è presente più di un’elica il terreno compreso tra di esse è vincolato a

resistere alle azioni insieme al palo, che dunque riesce a sviluppare un cilindro di

terreno compreso tra le due eliche in grado di accrescere il diametro del fusto fino ad

un valore pari al diametro dell’elica.

Insieme alla elevata portanza di punta (frutto della elevata superficie dell’elica), è proprio

quest’ultima caratteristica la peculiarità di tale tipologia di palo.

Prove di estrazione di screw piles: si noti il cilindro di terreno vincolato dalla doppia elica del palo

Meccanismi resistenti del tutto simili si sviluppano anche quando il palo è soggetto a

sforzi di trazione.



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Meccanismo resistente a compressione e trazione di pali a vite.

Le tipologie realizzative dei pali a vite sono molteplici: ci sono pali con una semplice

filettatura per favorirne l’avanzamento nel terreno ma non in grado di sviluppare i

meccanismi resistenti citati, così come pali di sezioni diversa dalla circolare.

La società TELEIOS è in grado di progettare pali a vite di qualunque geometria e

conformazione (gli screw piles riportati negli schemi in allegato rappresentano solo degli

esempi) grazie all’esperienza conseguita a seguito di svariate applicazioni pratiche e agli

studi teorici sui quali è basato il progetto di tali elementi.



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Per sfruttare al massimo le potenzialità degli screw piles si consiglia comunque di impiegare pali a sezione circolare con eliche sufficientemente ampie da sviluppare i meccanismi resistenti noti, con la favorevole opportunità di utilizzare pali muniti di eliche multiple.



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TELEIOS fornisce in ogni caso supporto tecnico e di consulenza che permette al cliente

di ottenere la scelta del palo più efficace attraverso la conoscenza delle varie tipologie,

anche in termini di efficacia delle stesse e della loro affidabilità tecnico / scientifica, anche

vagliando, insieme al cliente, l’ampia offerta di ditte fornitrici al fine di indirizzarlo al

meglio nella scelta.

Abbiamo inoltre sviluppato e perfezionato tre protocolli di prova ed analisi per mettere

terzi in grado di produrre una analisi ottimale per la corretta interfaccia con TELEIOS e

per avere la massima possibilità di sfruttare quanto eseguito.

Tali protocolli riguardano:

- criteri per la migliore attuazione delle prove geotecniche in sito e in laboratorio

finalizzate alle opere per supporto fotovoltaico;

- criteri per la fornitura in campo statico e sismico dei carichi sulle fondazioni;

- criteri per la esecuzione di prove di carico in sito su pali pilota.

I primi due documenti sono generali ed applicabili a qualunque tipologia di fondazione

mentre il terzo è specializzato appositamente per i pali a vite.

PROGETTO DEI PALI A VITE

In fase progettuale, dopo aver caratterizzato da un punto di vista geotecnico il sito, si

calcola in via preliminare con metodi analitici la portata del singolo palo sia a trazione che a compressione in modo tale da ottenere un range di pali che meglio si prestano a

sopportare le sollecitazioni derivanti dal calcolo della sovrastruttura, nel caso particolare

dell’impianto fotovoltaico.

È però impossibile prescindere, prima della messa in opera, dall’esecuzione di prove di carico a rottura del complesso palo – terreno, i cui risultati saranno fondamentali per validare le scelte progettuali effettuate solo sulla scorta dei risultati

teorici.



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Attrezzatura Terrafix per l’esecuzione di prove di carico su pali a vite.



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Curva carico – cedimento relativa ad una prova di carico su palo a vite in compressione.

A titolo di esempio si riportano schematicamente i risultati dell’analisi di una prova di

carico tipica su un palo a vite effettuata con l’interpolazione di Chin – Kondner: nel grafico

sono rappresentati i valori di flessibilità misurati in sito rispetto ai cedimenti.

Tale andamento viene ben interpolato con un andamento lineare ed i parametri di tale

retta si impiegano per la stima del valore della portata ultima.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Cedimen

to (m

m‐2)

Carico (kN)



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Estrapolazione dei dati secondo la teoria di Chin - Kondner

Avendo esposto le peculiarità dei pali a vite si vuol ulteriormente rimarcare i loro pregi ed

i vantaggi conseguibili impiegandoli nelle fondazioni di impianti fotovoltaici:

- velocità posa in opera;

- rapido smantellamento dell’impianto fondale;

- possibilità di un futuro reimpiego degli stessi elementi;

- sostegno di carichi ribaltanti.

Questa tecnologia costruttiva è forse ancora poco conosciuta ed apprezzata ma

TELEIOS, attraverso le sue analisi, è conscia delle sue notevoli potenzialità di impiego e

di risoluzione di problematiche che trovano difficile alternativa nell’impiego di fondazioni

più tradizionali.

Per informazioni:

Ing. Marco Franceschini: [email protected]

Ing. Pierpaolo Semproli: [email protected]

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2,50

3,00

0 20 40 60 80 100 120 140

Flessibilità w/Q

Spostamento (mm‐2)

Prova in sito

Documents

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