Analisi numerica della risposta geotecnica e strutturale di opere energeticamente attive

The need to reduce the use of fossil fuels has caused people to look for new sources of renewable energy. One of the last answer to this need in conditioning buildings is to use the energy of the ground on which they are built. This is made through energy geotechnical structures that, since they are equipped with heat exchanger, solve both the classical structural function and the energetic one. Among this kind of structures we can mention energy piles, energy diaphragms and energy tunnels. The behaviour of such structures is studied with thermo-mechanical sequential-ly coupled analyses that can be performed with FEM software. The first step is to solve the thermal problem, in which the evolution of the tem-perature field is modelled. This allows us to evaluate the performance of the heat exchanger and to check if a permanent change in the temperature field takes place, the so called thermal drift. The results are also useful to make envi-ronmental evaluations. Once the thermal history is known, one can pass to the second step. The result-ing thermal field is applied to the ground and the structure to compute thermal deformations and variations in the stress state. As a consequence, if we want to properly design the energy structure, we cannot neglect the thermally induced variations of its internal actions.

La necessaria riduzione del consumo di combustibili fossili ha spinto a cercare nuove fonti di energia rinnovabile e più pulita. Una delle risposte più recenti a questo bisogno nell’ambito del condizionamento degli edifici consiste nello sfruttamento dell’energia del terreno su cui essi sono costruiti. Questa operazione è svolta mediante la realizzazione di opere geotecniche ener-geticamente attive, che, essendo dotate di scambiatori di calore, uniscono alla classica funzione strutturale quella di attingere energia dal terreno o di deposi-tarla in esso. Tra esse ricordiamo i pali di fondazione, i più diffusi e studiati, paratie e galle-rie. Il comportamento di queste strutture è studiato mediante analisi numeriche termo-meccaniche sequenzialmente accoppiate. In primo luogo si affronta il problema termico, nel quale si ricostruisce l’evoluzione del campo di temperatura. Ciò consente di prevedere le prestazioni dell’impianto e di valutare se si verifichi una variazione permanente della tem-peratura, la cosiddetta deriva termica. I risultati si prestano inoltre anche a va-lutazioni di tipo ambientale. Nota la storia termica, si passa al problema termo-meccanico, in cui si studiano le variazioni dello stato di sforzo conseguenti alle diverse deformazioni termiche subite dal terreno e dalla struttura, o da sezioni diverse dello stesso materiale. Come conseguenza si ha una variazione non trascurabile delle azioni interne del-la struttura che va quantificato per eseguire un suo corretto dimensionamento.