Fundamenty palowe elektrowni wiatrowych, wybrane zagadnienia

Transkrypt

1 Fundamenty palowe elektrowni wiatrowych, wybrane zagadnienia Krzysztof Sahajda, mgr inż., Aarsleff sp. z o.o. Dariusz Iwan, mgr inż., Aarsleff sp. z o.o.

2 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu Wytyczne Niemiecki Instytut Techniki Budowlanej Podejście do zagadnienia wyporu wody

3 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego Opady Sączenia WYPÓR? Fundament w gruncie spoistym. Czy należy uwzględniać działanie wyporu wody? Wpływ rodzaju zasypki?

4 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego Gdzie jest położone zwierciadło wody????

5 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego Gdzie jest położone zwierciadło wody????

6 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego? Przypadek z życia

7 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego? Przypadek z życia

8 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego? Przypadek z życia

9 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego? Przypadek z życia

10 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego WYPÓR? Przypadek z życia: błędnie wykonany wykop. Czy zgodzić się na uzupełnienie piaskiem?

11 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego Brak wyporu? Przypadek 1: grunty niespoiste nienawodnione.

12 WODA Wpływ na obliczenia statyczne fundamentu palowego Brak wyporu? Przypadek 2: fundament wyniesiony.

13 BEZPIECZEŃSTWO Ukryte zapasy Przyjęte charakterystyki pali:

14 BEZPIECZEŃSTWO Ukryte zapasy Obciąż. charakt. wciskanie, E kc, kn Nośn. graniczna na wciskanie, R uc, kn Obciąż. charakt. wyciąganie, E kt, kn Nośn. graniczna na wyciąganie, R ut, kn Przypadek zapasu nośności pala na wciskanie / wyciąganie Czy decyduje pal najsłabszy? Globalny współczynnik bezpieczeństwa: ze względu nośność pala na wciskanie SF= 2,4; ze względu nośność pala na wyciąganie SF= 3,6.

15 BEZPIECZEŃSTWO Ukryte zapasy

16 ANALIZA STATYCZNA PALI Polska norma palowa PN-83/B obliczenia nośności: dane wejściowe: rodzaj gruntu, stopień plastyczności I L, stopień zagęszczenia I D ; sposób obliczeń: tabele z oporami jednostkowymi; zalety: bezpieczna i zweryfikowana; wady: nieekonomiczna w przypadku pali wbijanych w piaski, trudność wyznaczenia parametrów wiodących I D i I L ; 2. obliczenia osiadań dane wejściowe: układ warstw i moduły sprężystości; sposób obliczeń: nomogramy i wzory analityczne; zalety: brak wady: osiadanie pala przy jednej wartości siły, ignorowanie nieliniowości, zawyżenie osiadań pali w grupie

17 ANALIZA STATYCZNA PALI Sondowania statyczne CPT(u)

18 ANALIZA STATYCZNA PALI Metoda Aarsleff na podstawie sondowań CPT(u) Metoda opracowana na podstawie 37 badań statycznych na wciskanie 1. obliczenia nośności: dane wejściowe: q c, rodzaj gruntu; sposób obliczeń: zależności liniowe pomiędzy oporami jednostkowymi i q c ; zalety: ekonomiczna i zweryfikowana; wady: brak rozróżnienia pyłów od innych gruntów spoistych; 2. obliczenia przemieszczeń: dane wejściowe: jak do obliczeń nośności; sposób obliczeń: zależności pomiędzy oporami jednostkowymi i q c ; zalety: cała krzywa przemieszczenia przy wciskaniu i wyciąganiu; wady: umiarkowana wiarygodność

19 ANALIZA STATYCZNA PALI Metoda Aarsleff na podstawie sondowań CPT(u) Weryfikacja przy wciskaniu: wyniki 36 badań statycznych A grunty niespoiste B - grunty spoiste C - grunty uwarstwione, podstawa w spoistych D - grunty uwarstwione, podstawa w niespoistych Nośność na wciskanie: mediana R c /R m = 0,97 odch. stand R c /R m =0,23

20 ANALIZA STATYCZNA PALI Metoda Aarsleff na podstawie sondowań CPT(u) Weryfikacja przy wciskaniu: wyniki 36 badań statycznych A grunty niespoiste B - grunty spoiste C - grunty uwarstwione, podstawa w spoistych D - grunty uwarstwione, podstawa w niespoistych Osiadania: mediana s c /s m = 1,08 odch. stand s c /s m =0,64

21 ANALIZA STATYCZNA PALI Metoda Aarsleff na podstawie sondowań CPT(u) Weryfikacja przy wyciąganiu: wyniki 29 badań statycznych A grunty niespoiste B - grunty spoiste C - grunty uwarstwione, podstawa w spoistych D - grunty uwarstwione, podstawa w niespoistych Nośność na wyciąganie: mediana R c /R m = 0,99 odch. stand R c /R m =0,29

22 ANALIZA STATYCZNA PALI Metoda Aarsleff na podstawie sondowań CPT(u) Weryfikacja przy wyciąganiu: wyniki 29 badań statycznych A grunty niespoiste B - grunty spoiste C - grunty uwarstwione, podstawa w spoistych D - grunty uwarstwione, podstawa w niespoistych Przemieszczenia: mediana s c /s m = 0,75 odch. stand s c /s m =0,59

23 ANALIZA STATYCZNA PALI Sztywności osiowe przy wciskaniu i wyciąganiu wyniki badań statycznych Sztywność przy wciskaniu i wyciąganiu wyznaczona przy obciążeniu głowicy 0,4 R u Średnia sztywność osiowa pala przy wciskaniu: 350 MN/m Zakres zmienności z 33 badań (odrzucono 3 wyniki): MN/m Brak zależności między sztywnością pala i jego zagłębieniem Średnia sztywność osiowa pala przy wyciąganiu: 185 MN/m Zakres zmienności z 28 badań (odrzucono 1 wynik): MN/m Równanie określające zależność sztywności pala od jego zagłębienia: K x (MN/m) = -19 L e (m) + 407

24 NOŚNOŚĆ PALA Definicja EC7 Opór pala przy osiadaniu głowicy s=0,1 D

25 NOŚNOŚĆ PALA Ekstrapolacja Opór pala przy osiadaniu głowicy s=1 D

26 NOŚNOŚĆ PALA Wpływ pełzania Stabilizacja osiadań wg PN

27 NOŚNOŚĆ PALA Wpływ pełzania Stabilizacja osiadań a nośność:

28 NOŚNOŚĆ PALA Przyrost nośności pala w czasie

29 OSIADANIE PALA Wpływ grupy Badanie statyczne grupy dwóch pali

30 OSIADANIE PALA Wpływ grupy Badanie statyczne grupy dwóch pali

31 OSIADANIE PALA Wpływ grupy Obliczenia vs wynik badania

32 OSIADANIE PALA Wpływ grupy jak wyjaśnić zjawisko? osiadanie pala powoduje powstanie niecki osiadań

33 OSIADANIE PALA Wpływ grupy Obliczenia na podstawie badań wzór empiryczny Osiadanie pala w grupie jest generalnie większe niż osiadanie pala pojedynczego obciążonego taką samą siłą. Wzór empiryczny na podstawie pomiarów terenowych 63 grup palowych. Mandolini, A., Russo, G, Viggiani, C. (2005). Pile foundations: Experimental investigations, analysis and design. Proc. XVI ICSMGE, Osaka. R w g w n s L s 0,29 n R 1,35 - współczynnik kształtu grupy, - osiadanie średnie pala w grupie gdzie: n liczba pali, s - średni odstęp pomiędzy palami, L - zagłębienie pali w gruncie; w s osiadanie pala pojedynczego, w g osiadanie pala w grupie

34 OSIADANIE PALA Wpływ grupy Obliczenia vs wynik badania

35 OSIADANIE PALA Wpływ grupy Wiatrak jaką liczbę pali w grupie przyjąć? Pale w promieniu 10 B W typ przypadku n=7

36 OBCIĄŻENIA CYKLICZNE Wpływ na nośność

37 WNIOSKI 1. Kryterium nośności granicznej pala zgodnie z EC7 nie jest tak naprawdę kryterium nośności. Jest to zamaskowane kryterium SGU. 2. najsłabszy pal nie decyduje o utracie nośności fundamentu palowego elektrowni wiatrowej. Fundament palowy elektrowni wiatrowej posiada rezerwy plastyczne. 3. Nośność pali wbijanych rośnie z upływem czasu. Im bardziej spoisty grunt, tym szybsze przyrosty. 4. Zagadnienie pracy pali pod obciążeniem cyklicznym wymaga dalszych badań. Proponowane sformułowania mają charakter tymczasowy. 5. Woda jest niezwykle istotnym elementem przy projektowaniu fundamentów elektrowni wiatrowych; 6. fundament palowy jest często tańszy niż bezpośredni, prawie zawsze jest tańszy niż bezpośredni na wzmocnionym podłożu.