La valutazione strutturale di due ciminiere metalliche soggette a sisma e all'azione del vento

Questo lavoro affronta la valutazione strutturale delle ciminiere metalliche della ex Centrale Emilia di Piacenza, che si ergono in prossimità del fronte sud dell’immobile e sono state utilizzate come camini di evacuazione fumi durante il periodo di funzionamento della centrale. L’immobile principale (sede della ex centrale Emilia, dichiarato di interesse culturale dal 2007) fu edificato fra il 1925 e il 1928 ed è stato integralmente ristrutturato nell’immediato dopoguerra con i fondi del piano Marshall. La sua funzione di centrale elettrica è stata completamente dismessa nel 1985 ed attualmente è solamente parzialmente utilizzato come laboratorio di ricerca.

Le due ciminiere metalliche, di altezza complessiva pari a circa 32 metri, sono parzialmente soggette ad azioni metereologiche ed all’azione del vento. Per la loro verifica sono state considerate come delle mensole verticali, determinandone le frequenze proprie di vibrazione in modo indipendente dalla sottostante centrale. All’interno della relazione è stato realizzato un accurato studio sugli effetti del vento sulle ciminiere, modellate con elementi bidimensionali tipo guscio, di materiale acciaio con il contributo di uno strato refrattario. Su tale modello è stata svolta una analisi globale applicando globalmente le azioni orizzontali (vento e sisma) alla linea d’asse della ciminiera ed una analisi locale applicando le pressioni radiali ad un “concio tipo” della stessa.

Sulla base dei sopralluoghi, delle prove sperimentali in sito e delle calcolazioni effettuate sulle ciminiere, considerate elemento strutturale secondario, l’analisi conclude che le stesse possano proseguire nella loro vita utile.

Di seguito si riporta la relazione di calcolo del'ing. Davide Garilli.

Inquadramento satellitare (Google)

Le ciminiere metalliche della ex Centrale Emilia, sita a Piacenza

La descrizione generale delle ciminiere

L’immobile sede della ex centrale Emilia è stato edificato originariamente tra il 1925 e il 1928 ed è stato integralmente ristrutturato nell’immediato dopoguerra con i fondi del piano Marshall; la struttura portante dell’edificio è a telaio in cemento armato tamponato con muratura in mattoni pieni e orizzontamenti in laterocemento. Internamente alla “scatola edificio”, le strutture a sostegno della centrale vera e propria (centrale termoelettrica di prima generazione), essendo praticamente state importate integralmente dagli USA a seguito del piano Marshall, sono realizzate a telaio metallico e gli orizzontamenti sono realizzati con grigliati metallici; i piani di camminamento interni alla centrale sono quindi realizzati parzialmente in grigliati metallici e parzialmente con solette laterocementizie. La funzione di centrale elettrica è stata completamente dismessa nel 1985 e attualmente l’immobile è parzialmente utilizzato, nella ex zona “officina dei trasformatori”, come laboratorio di ricerca; immobile che è stato dichiarato di interesse culturale dal 2007.

Facendo riferimento alla denominazione interna SIET, in prossimità del fronte sud dell’immobile, con base in appoggio dal solaio del 5° livello (foto 1 e 2), si ergono n.2 ciminiere metalliche utilizzate come camini di evacuazione fumi durante il periodo di funzionamento della centrale.

Facendo riferimento alle tavole esecutive originali dell’epoca di costruzione della centrale, il 5° livello si trova a circa +13 m rispetto al piano cortile di pertinenza della stessa.

Le quote indicate sulla tavola originale fanno riferimento all’altezza del sito misurata rispetto al livello del mare Vista la simmetria realizzativa delle due ciminiere oggetto di studio, si tratterà nello specifico il comportamento della ciminiera spigolo sud-ovest (cerchiata in rosso nella vista satellitare), estendendo poi per analogia le considerazioni fatte anche alla ciminiera spigolo sud-est.

Come già anticipato, si tratta di ciminiere metalliche costituite da conci cilindrici ciascuno di altezza circa 2 m, coibentate internamente con strato di calcestruzzo refrattario; lo spessore dei conci metallici è di circa 8-9 mm (foto 3), mentre lo spessore interno di refrattario è di circa 5-6 cm (foto 4). Dai vari sopralluoghi in sito si è rilevato che il diametro esterno delle ciminiere è di circa 340 cm, mentre il diametro interno è di circa 325 cm. 

Ogni ciminiera ha una altezza complessiva, a partire dal solaio di appoggio del “5° livello”, di circa 32 m (16 conci); la porzione di ciminiera costituita dai primi 6 conci a partire dalla base è interna all’immobile in quanto al di sotto della falda del tetto (foto 5), mentre i restanti 9 conci sono all’esterno (foto 6), soggetti alle azioni metereologiche ed all’azione del vento.

Oltre a porzione esterna e porzione interna, dall’osservazione delle foto si può notare che nella parte di ciminiera interna all’immobile sono collegati svariati profilati metallici e dotazioni impiantistiche (foto 5), applicati lungo la direzione congiungente “Ciminiera-Ciminiera”, che già intuitivamente si prevede ne possano modificare il comportamento strutturale.

Considerazioni preliminari e schematizzazione della struttura

Vista la configurazione realizzativa delle ciminiere, si ritiene che strutturalmente le stesse possano essere considerate come delle mensole verticali, vincolate al piede e libere di muoversi in sommità.

Al fine di valutare l’influenza dei profilati metallici, delle dotazioni impiantistiche solidali al tratto di ciminiere interno all’immobile e della falda del tetto è stata svolta da parte di 4EMME, Ditta specializzata in prove materiali, una prova di caratterizzazione dinamica della ciminiera sud/ovest oggetto di studio. Demandando maggiori dettagli sulla prova alla lettura della specifica relazione esplicativa, costituente parte integrante della presente valutazione, grazie a tale caratterizzazione è stato possibile determinare le frequenze proprie di oscillazione della ciminiera depurate dalle frequenze proprie di oscillazione del fabbricato che le contiene; in pratica, “volgarmente parlando”, sono state determinate le frequenze proprie di oscillazione della ciminiera come se questa fosse autonoma ed indipendente rispetto alla sottostante centrale. Estrapolando dalla relazione di caratterizzazione dinamica le informazioni necessarie per la presente trattazione, si può osservare che la frequenza propria della ciminiera in direzione “Autostrada-Fiume Po” (asse Y per la convenzione utilizzata nella caratterizzazione) è di tipo flessionale di primo modo ed è pari a 2,09 Hz, mentre la frequenza propria della ciminiera in direzione “Ciminiera-Ciminiera” (asse X per la convenzione) è anch’essa di tipo flessionale di primo modo ed è pari a 9,71 Hz. Trattando di ciminiera a sezione circolare, ci si aspetterebbe una analoga frequenza propria di oscillazione in entrambe le direzioni; è parere dello scrivente che tale differenza di comportamento sia da imputare principalmente alla presenza dei profilati metallici e delle dotazioni impiantistiche in direzione “Ciminiera-Ciminiera” che irrigidiscono maggiormente il comportamento della ciminiera in tale direzione rispetto alla direzione perpendicolare e quindi ne aumentano la frequenza propria (riducendone il periodo di oscillazione).

La Ditta 4EMME ha inoltre prelevato un campione dell’acciaio costituente la “canna” della ciminiera, ne ha estrapolato un provino e lo ha sottoposto a rottura per trazione; dalla rottura dello stesso è emerso che l’acciaio costituente la ciminiera ovest ha caratteristiche analoghe all’attuale S235 (ex. Fe360).

E’ stata anche presa in considerazione la relazione geologica-geotecnica-sismica redatta dal dott. geologo Andrea Carpena nel febbraio 2018. Tralasciando le indicazioni sulla portata del terreno, non attinenti alla presente valutazione, la stessa individua un terreno in sito di categoria sismica C.

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