Limits of current design approaches in the analysis of wind turbine foundations = Limiti degli approcci progettuali correnti nell’analisi di fondazioni di turbine eoliche

The design of massive structures such as the shallow foundations of wind turbines is not a trivial task also in light of the fact that this structural typology is not specifically covered in technical Standards. The structural modelling of on-shore wind turbine shal-low foundations deals with combined complex phenomena, such as material nonlinearities, soil-structure interaction and local stress concentration in both reinforced concrete foundation and soil. The design practice basically adopts two methods: (i) an elastic approach where wind tower foundations are usually designed by modelling the foundation as a slab with variable thickness using shell finite elements and by introducing very simplified assumptions for the soil behaviour (i.e. Winkler model), and (ii) an approach where wind tower foundations are designed by using limit analysis. The paper aims to highlight the limits and the safety margins of the current design practice by comparing the aforementioned methods (i) and (ii) with non-linear numerical simula-tions fully accounting for soil-structure interaction based on three-dimensional elements for both concrete foundation and soil, contact surfaces for their interface, and beam elements for reinforcing bars.

La progettazione di strutture massive come le fondazioni superficiali di torri eoliche non è un compito facile anche alla luce del fatto che questa tipologia strutturale non è specificamente contemplata dalle Norme tecniche. La modellazione strutturale delle fondazioni superficiali delle turbine eoliche a terra si occupa di fenomeni complessi combinati, come le non linearità dei materia-li, l'interazione suolo-struttura e la concentrazione di sollecitazioni locali sia nelle fondazioni in cemento armato che nel suolo. La pratica progettuale vede l’utilizzo fondamentalmente di due metodi: (i) un approccio elastico in cui le fondazioni delle torri eoliche sono solitamente progettate modellando la fondazione come una soletta a spessore variabile utilizzando elementi finiti a piastra e introducendo ipotesi molto semplificate per il comportamento del suolo (ad es. il modello alla Winkler) e (ii) un approc-cio in cui le fondazioni delle torri eoliche sono progettate utilizzando una procedura basata sull’analisi limite. L'articolo si propo-ne di evidenziare i limiti e i margini di sicurezza dell'attuale pratica progettuale confrontando i suddetti metodi (i) e (ii) con si-mulazioni numeriche non lineari che considerano opportunamente l’interazione suolo-struttura basate su elementi tridimensionali sia per il calcestruzzo della fondazione sia per il terreno, superfici di contatto all’interfaccia tra gli stessi, ed elementi di trave per le barre d’ armatura.