Obciążenia, warunki środowiskowe. Modele, pomiary. Tomasz Marcinkowski

Transkrypt

1 Obciążenia, warunki środowiskowe. Modele, pomiary. Tomasz Marcinkowski

2 1. Obciążenia środowiskowe (wiatr, falowanie morskie, prądy morskie, poziomy zwierciadła wody, oddziaływanie lodu) 2. Poziomy obciążeń ekstremalne (analizy wytrzymałościowe, warunki brzegowe) średnie (analizy ekonomiczne, zmęczeniowe) progowe (warunki dopuszczalne, eksploatacyjne) 3. Źródła danych (operacyjne, mezoskalowe modele numeryczne meteorologiczne, falowy, hydrodynamiczny) 4. Weryfikacja danych i stosowanych założeń empirycznych (pomiary: stacje brzegowe, maszty meteo, boje falowe, urządzenia akustyczne) 5. Wnioski 6. Zakres rozpoznania warunków gruntowych 7. Badania laboratoryjne oraz wstępne wyniki

3 OBSZARY OBLICZENIOWE OBCIĄŻEŃ ŚRODOWISKOWYCH 3

4 OBSZARY OBLICZENIOWE OBCIĄŻEŃ ŚRODOWISKOWYCH U max = m/s U śr = 7.99 m/s DANE Z ROKU 2012 U max = m/s U śr = 7.98 m/s U max = m/s U śr = 7.98 m/s U max = m/s U śr = 7.98 m/s U max = m/s U śr = 7.97 m/s 4

5 MEZOSKALOWE MODELE NUMERYCZNE ATMOSFERY I MÓRZ COAMPS, HIRLAM, UMPL, REMO Prędkość i kierunek wiatru Pozycja FINO2: O E, O N Pomiar na wys.32m Pozycja P9: O E,55.50 O N Wartości z wys.10m PROJEKT FINO sponsorowany przez FEDERAL MINISTRY for ECONOMIC AFFAIRS and ENERGY 5

6 MEZOSKALOWE MODELE NUMERYCZNE ATMOSFERY I MÓRZ Rozkład profilu prędkości 1. Rozkład logarytmiczny U 2 = U 1 ln h 2 z 0 ln h 1 z 0 2. Rozkład potęgowy U 2 = U 1 z 2 z 1 α 3. Rozkład wg Frøya (DNV 2011) U T, z = U 10 ( ln z h ln T T 10 ) PROJEKT FINO sponsorowany przez FEDERAL MINISTRY for ECONOMIC AFFAIRS and ENERGY 6

7 MEZOSKALOWE MODELE NUMERYCZNE ATMOSFERY I MÓRZ Przykładowe wyniki analiz Średnie wartości prędkości wiatru na poziomie 100 m Róża wiatrów z okresu 49-letniego Okna pogodowe dla różnych prędkości progowych ZESTAWIENIA OKRESÓW PONIŻEJ PROGÓW W POLU P-9 Czas trwania serii Prędkości graniczne 48 godzin < 6m/s < 5m/s < 4m/s Liczba zdarzeń w roku średnim Procentowy czas trwania wszystkich zdarzeń spełniających warunki graniczne 16% 7% 2% Najdłużej trwające zdarzenie w danej klasie prędkości 334 h 185 h 152 h 7

8 Kierunek [st.] Tp [s] Hs [m] MEZOSKALOWY MODEL FALOWANIA WAM Wysokość fali znacznej Hs - POMIAR Hs - MODEL Parametry falowania uzyskano z rekonstrukcji pól wiatrowych występujących nad morzem Bałtyckim Okres fali Tp - POMIAR Tp - MODEL W wyniku tych obliczeń otrzymano dla każdej kolejnej godziny reprezentatywne parametry fali, tj. wysokości fali znacznej oraz okresy i kąty podchodzenia fali Kierunek propagacji falowania Kier.fal. - POMIAR Kier.fal. - MODEL Data Na rysunku pokazano przykładowe porównanie miesięcznego zapisu falowania pochodzącego z modelu teoretycznego WAM4.5 oraz rejestracji parametrów falowych, pomierzonych na głębokości ok. 18 m. 8

9 MEZOSKALOWY MODEL FALOWANIA WAM Zjawiska ekstremalne PROJEKT FINO sponsorowany przez FEDERAL MINISTRY for ECONOMIC AFFAIRS and ENERGY 9

10 MEZOSKALOWY MODEL FALOWANIA WAM Zastosowanie analizy statystycznej i probabilistycznej Wykres wysokości fali znacznej charakteryzującej sztorm o określonym okresie powtarzalności wraz z graficznym przedstawieniem dokładności aproksymacji. OBSZAR POLA P-9 Średnia wysokość fali w wieloleciu 1.15 m Sztorm projektowy: Rozkład wartości ekstremalnych (GEV) H S,50 = 8.82 m Metoda POT H S,50 = 9.01 m 10

11 MEZOSKALOWY MODEL FALOWANIA WAM Wyniki analiz 3 < V w 6 Diagram rozproszenia dla Pola 9 - Wartości procentowe dla wszystkich prędkości wiatru 12 < V w < V w 24 11

12 WERYFIKACJA ŹRÓDEŁ DANYCH POMIARAMI Profile prędkości prądu morskiego 13

13 WNIOSKI Przydatność mezoskalowych modeli numerycznych do określania warunków środowiskowych Przestrzenny i długookresowy zakres modeli numerycznych Konieczność weryfikacji wyników modelowania dostępnymi technikami pomiarowymi Pomiary in situ koniecznym narzędziem potwierdzającym wiarygodność stosowanych założeń i formuł empirycznych 14

14 ZAKRES ROZPOZNANIA WARUNKÓW GRUNTOWYCH 15

15 Studia i prace przygotowawcze ANALIZA WARUNKÓW GEOTECHNICZNYCH I GŁĘBOKOŚCIOWYCH Przegląd literatury odnośnie badań geotechnicznych offshore a także geologii południowego Bałtyku Opracowanie zbioru laboratoryjnych procedur badawczych Wyznaczenie siatki punktów poboru prób rdzeniowych do badań laboratoryjnych Pobór prób rdzeniowych za pomocą wibrosondy z pokładu pływającego laboratorium Instytutu Morskiego w Gdańsku - statku IMOR 5 6 9

16 Badania Laboratoryjne Możliwości techniczne ANALIZA WARUNKÓW GEOTECHNICZNYCH I GŁĘBOKOŚCIOWYCH A C A C Zestaw pneumatycznych, w pełni skomputeryzowanych edometrów B B D D Zestaw półautomatycznych penetrometrów 3-stanowiskowy zestaw do badań trójosiowych Zestaw pneumatycznych aparatów bezpośredniego ścinania

17 Badania wytrzymałościowe Badania klasyfikacyjne Podstawowe cechy fizyczne ANALIZA WARUNKÓW GEOTECHNICZNYCH Badania laboratoryjne Badania podstawowe, parametrów wytrzymałościowych oraz ściśliwości Przyjęty zakres badań laboratoryjnych: I GŁĘBOKOŚCIOWYCH Gęstość właściwa szkieletu gruntowego Gęstość objętościowa (grunty spoiste) Wilgotność naturalna Granice Atterberga (granica płynności i plastyczności) Analiza sitowa (grunty niespoiste) Spójność i kąt tarcia wewnętrznego Moduł ściśliwości (edometryczny) 17

18 ANALIZA WARUNKÓW GEOTECHNICZNYCH I GŁĘBOKOŚCIOWYCH Analiza wyników badań i tworzenie raportu Raport Przykładowe badanie ściśliwości w edometrze (M) 18

19 ANALIZA WARUNKÓW GEOTECHNICZNYCH I GŁĘBOKOŚCIOWYCH Analiza wyników badań i tworzenie raportu Raport Naprężenie niszczące Prosta aproksymująca Przykładowe badanie w aparacie bezpośredniego ścinania (φ, c)

20 ANALIZA WARUNKÓW GEOTECHNICZNYCH I GŁĘBOKOŚCIOWYCH Analiza wyników badań i tworzenie raportu Raport Przykładowe badanie w aparacie trójosiowego ściskania (φ, c)

21 WSTĘPNE WNIOSKI Z BADAŃ LABORATORYJNYCH POLE 9 Dotychczas przebadano większość prób z pola 9, pobranych ze znacznych głębokości (do ok. 70m) Większość przebadanych gruntów to grunty spoiste w stanie od miękko do twardoplastycznego z dużą zawartością piasku, żwiru i kamieni Moduły edometryczne przebadanych gruntów wskazują na stosunkowo małą ich ściśliwość Parametry wytrzymałościowe φ i c odbiegają od wartości uzyskiwanych dla prób pobieranych z lądu 21

22 Dziękuję za uwagę!