Uwagi do analizy granicznego stanu nośności fundamentów bezpośrednich elektrowni wiatrowych

ZESZY TY N A U K O W E POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: B U D O W N ICTW O z. 97

2003 N r kol. 1573

Leopold JA STR ZĘB SK I, K rzysztof GAJEW SKI Politechnika K oszalińska

UWAGI DO ANALIZY GRANICZNEGO STANU NOŚNOŚCI

FUNDAMENTÓW BEZPOŚREDNICH ELEKTROWNI WIATROWYCH

Streszczenie. W ostatnich kilku latach, na terenach Pom orza Zachodniego i Środkowego następuje gw ałtowny rozwój źródeł energii odnawialnej w postaci zrealizow anych bądź projektowanych farm elektrow ni wiatrowych. Jednym z zagadnień przy w znoszeniu takich obiektów je st projektow anie i wykonawstwo bezpiecznego posadow ienia bezpośredniego w iatraków, poddaw anego znacznym obciążeniom m im ośrodowym.

W artykule zam ieszczono uwagi na tem at metodyki projektow ania geotechnicznego takich fundam entów , wg zaleceń EN7 oraz normy PN-81/B-03020, zgrom adzone m.in. podczas prac konsultacyjnych przy badaniach podłoża i projektowaniu posadow ień elektrowni wiatrowych.

NOTES ON BEARING CAPACITY LIMIT STATE ANALYSIS FOR WINDMILL FARM’S SPREAD FOUNDATIONS

Sum m ary. In the last few years a rapid developm ent o f the renewable energy sources such as a w indm ill farm s is taking place in the area o f the W est and M iddle Pom erania region, in Poland. A design and accom plishm ent o f a safe spread foundation, subjected to the large eccentricity loads, is one o f the problem s to solve during such structures’ raising. The paper contains som e com m ents on geotechnical design m ethodology o f square, flat foundations, according rules o f “Eurocode 7” Standard, (EN7), and Polish Standard PN-81/B-03020, collected by authors acting as a consultant designer and soil investigator for windm ill farms projects.

1. Wprowadzenie

Podstaw ow ym zadaniem geotechnicznego projektowania w ym iarów fundam entu bezpośredniego je s t porów nanie naprężeń, które generują pod fundam entem działające nań obciążenia, z naprężeniem granicznym w podłożu gruntowym. W przypadku fundamentu obciążonego siłam i pionow ym i, działającymi na dużych m im ośrodach, oraz siłami

poziomymi pow staje pytanie, które naprężenia porównyw ać - średnie czy największe?

W praktyce projektowej pow szechnie przyjm uje się, że rozkład naprężeń pod stopą fundamentu sztywnego je st liniowy, również wtedy, gdy obciążenie je s t mimośrodowe.

Zakłada się przy tym, że pod stopą fundam entu pow inny działać jedynie naprężenia ściskające. Jest to oczyw iste uproszczenie, gdyż z założenia sztywnego fundam entu i liniowo odkształcalnego podłoża gruntowego w ynika nieliniowy rozkład naprężeń pod fundamentem.

Założenie, że pod fundam entem m ogą występować tylko naprężenia ściskające (dodatnie), prowadzi do tego, że na części stopy prostokątnej m oże pow stać szczelina o szerokości C (patrz ry s.l). Polska norm a [5] zaleca wręcz, aby oś obojętna przekroju ściskanego mim ośrodowo, jaki tw orzy płaszczyzna podstawy fundam entu, nie leżała bliżej jego środka niż połowa odległości pom iędzy środkiem a narożem (rys.l). Dodatkow o narzuca też w arunek dla budow li w ysokich, iż wypadkow a obciążeń stałych oraz zmiennych; długo- i krótkotrwałych, nie m oże działać poza rdzeniem przekroju. Podobne wymagania, do 2000 r., stawiała norm a europejska EN7, [3]. Ostatnia jej w ersja, [4], nie w prow adza sztywnych warunków geom etrycznych przyłożenia wypadkowej obciążenia, nakazując jednak uw zględnienie w obliczeniach „dużych” (tj. większych niż B/3) m im ośrodów obciążeń.

Projektując fundam enty bezpośrednie budowli wysokich zwykle zakłada się grupę fundam entów płytowych lub blokowych (np. dla masztów) lub fundam ent pierścieniowy (pod kominy, chłodnie kom inow e, itp.), aby zniwelować niekorzystny w pływ mim ośrodów.

D la fundam entów bezpośrednich elektrowni w iatrowych stosow anie w arunków normy [5]

prowadzi do projektow ania bardzo dużych wymiarów fundamentu, pozornie nieracjonalnych pod w zględem nośności podłoża gruntowego. Niniejszy artykuł om aw ia ten problem .

Rys. 1.

Fig. 1.

Sposób przyjmowania rozkładu naprężeń pod fundamentem bezpośrednim obciążonym mimośrodowo według zaleceń normy PN-81/B-03020

Stress distribution scheme for a spread foundation with eccentricity loads according to Polish Standard PN-81/B-03020

Uwagi do analizy granicznego stanu nośności fundamentów . 433

2. Specyfika posadowienia oraz obciążeń elektrowni wiatrowych

2.1. Typowe rozw iązania fundam entów wiatraków

N a rysunku 2 pokazano typow e rozw iązania posadow ienia elektrow ni w iatrowych [10].

Fundam ent bezpośredni stopow y je st najczęściej spotykany przy w iatrakach wykonywanych na lądzie. W ystępuje w dw óch odm ianach. Pierw sza to płaska, kw adratow a płyta sztywna, o wym iarze boku do kilkunastu metrów, posadow iona płytko, na głębokości około 2,0 m, przysypana rów no z daw ną pow ierzchnią terenu. D ruga postać to odm iana fundamentu blokowego, w ystającego ponad teren i obsypanego kopcem nasypu. D rugi typ m a znacznie mniejsze w ym iary w planie, lecz m asa fundam entów je st mniej więcej taka sama. Istotne różnice w ystępują w rozkładzie zbrojenia wew nętrznego. Fundam ent kołow y je s t rzadko stosowany z uwagi na skom plikow ane zbrojenie oraz niekorzystny rozkład naprężenia pod sto p ą wywołany efektem „półksiężyca” .

i i tajato

e ) f )

Rys. 2. Typowe sposoby posadowienia elektrowni wiatrowych - na lądzie w gruntach nośnych:

a) kw adratow y fundam ent płytowy, - na lądzie w gruntach słabonośnych: b) grupa pali, c) pojedynczy pal wielkośrednicowy, - na dnie zbiorników wodnych: d) ciężki fundament skrzyniowy, e) pal wielkośrednicowy, f) trójnóg stalowy kotwiony do dna palami Fig. 2. Typical w indmill foundations - on land (good soil conditions): a) flat square foundation, -

on land - (w eak soils): b) pile group, c) large-diameter monopile, - offshore: d) steel or concrete gravity caisson, e) large-diameter monopile, f) steel tripod anchored w ith piles

2.2. C harakterystyka obciążeń konstrukcji w iatraków przekazyw anych na fundam ent

Intuicyjnie n a rysunku 2 widać, iż w arunki współpracy płytow ego fundam entu bezpośredniego w iatraka z podłożem gruntowym są najbardziej niekorzystne. Zasadnicze obciążenie podłoża sta n o w ią ciężar fundamentu, ciężar w łasny w iatraka oraz oddziaływanie dynam iczne w iatru (rys.3). W artość oraz położenie siły poziomej H i płaszczyzny działania

m om entu M, względem płaszczyzny fundamentu, są zm ienne i zależne od siły i kierunku wiatru. N aprężenia pod fundam entem wywołane wiatrem przyrastają stosunkowo szybko.

M ogą one podlegać pulsacjom , lecz nie zm ieniają gwałtownie znaku. N ie m a więc efektu cyklicznej zm iany kierunku w rozum ieniu, iż zm iana ta następuje w czasie porównywalnym do w zrostu naprężeń przy podm uchu wiatru. W ynika z tego wniosek, że fundam ent powinien być projektowany na szybki przyrost obciążenia, nie zaś na jego dynam iczne zmiany, powtarzające się szybko i noszące charakter drgań. Układy sterow ania turbinam i wiatraków w y łączająje przy prędkości w iatru większej niż 25 m/s, ustaw iając łopaty w irnika neutralnie do wiatru, co ogranicza w artości ekstrem alnych obciążeń w yjątkowych fundamentu.

= 17,5 m

Rys. 3. Proporcje w ymiarów przykładowej elektrowni wiatrowej o mocy 2 MW oraz schemat obciążenia fundamentu bezpośredniego wiatraka, wg [6]

Fig. 3. The proportions for typical 2 MW windmill with diagram o f load acting on fiat foundation, acc. [6]

W praktyce projektowej firm duńskich i niem ieckich, [6], obciążenia fundamentu w iatraków analizuje się w dw óch wariantach; jako zwykłe (j/g =1,0 dla ciężaru konstrukcji, oraz Yfp= 1,0 - dla w iatru) oraz wyjątkowe (y/g =1,0 dla ciężaru konstrukcji, oraz =1,3 - dla wiatru). Przykładowe w artości obciążeń, dla dw óch typów wiatraków, zestaw iono poniżej.

Uwagi do analizy granicznego stanu nośności fundamentów . 435

Tablica 1 W artości obciążeń oraz wymiarów fundamentu przykładowych elektrowni wiatrowych Typ

wiatraka / moc

Wysokość wieży,

[m]

Ciężar konstrukcji

wraz z fundamentem

V , [kN]

Siła pozioma (zwykła) H , [kN]

Siła pozioma (nadzwycz.)

H . [kN]

Moment od wiatru (zwykły) M , [kNm]

Moment od wiatru (nadzwycz.)

M , [kNm]

Wymiary fundamentu

B x L [ml V52 / 0,85 MW 47,1 6 102 321 417 20 214 26 278 1 1 ,3 x 1 1 ,3 V80 / 2,00 MW 76,3 16 129 978 1271 64 391 83 709 1 7 ,5 x 1 7 ,5

2.3. Podłoże gruntow e pod fundam entam i bezpośrednim i w iatraków

W edług [6], do posadow ienia bezpośredniego w iatraków dopuszcza się jedynie grunty niespoiste, o charakterystycznym kącie tarcia w ew nętrznego nie m niejszym niż 30°, lub też grunty spoiste, posiadające m inim alną, charakterystyczną w ytrzym ałość podczas szybkiego ścinania, tf = Cu = 80 kPa. P oziom zw ierciadła wody pow inien układać się poniżej poziom u posadowienia fundam entu. W innych wypadkach należy uw zględnić jej wpływ zarówno na ciężar fundam entu (wypór), ja k i przew idzieć ewentualne zm iany w ytrzym ałości gruntów spoistych w czasie użytkow ania wiatraka. O kreślanie param etrów w ytrzym ałości gruntu oraz analiza nośności granicznej pow inny być wykonywane z założeniem w arunków „bez odpływu” (ang. „undrained”).

N a obszarze Pom orza, bez specjalnych zastrzeżeń, m ożna posadaw iać bezpośrednio w iatraki na w odnolodow cow ych gruntach niespoistych (z wyjątkiem piasków pylastych) oraz na m orenowych gruntach spoistych, tw ardoplastycznych, zarówno typu genetycznego A, ja k i B, w g [5], z w yłączeniem pyłów. Twardoplastyczne gliny m orenow e m a ją bow iem dużą wytrzymałość, rzędu 8(H150 kPa, w yznaczaną w w arunkach „bez odpływ u” . P oza tym praktycznie nigdy nie są one całkowicie nasycone w odą, co sprzyja szybszem u rozpraszaniu ciśnienia porowego, podobnie ja k i liczne, występujące w nich, przew arstw ienia piaszczyste.

Należy z d u żą ostrożnością podchodzić do posadow ienia na pyłach i piaskach pylastych.

Ustalenie stanu zagęszczenia tych gruntów z reguły je st m ało wiarygodne. Jeżeli w ięc trafią się grunty luźne lub naw et średniozagęszczone, to w tedy pulsacje naprężeń pod stopą wiatraka, naw et bez zm iany znaku, m ogą prowadzić do niebezpieczeństw a upłynnienia takich gruntów, a co za tym idzie, ich „zerow ej” nośności (<j) = 0 ; c = 0).

3. Szacowanie obciążenia oraz nośności podłoża pod fundamentami obciążonymi mimośrodowo

O kreślenie wym iarów fundam entu prostokątnego, który spełnia warunki geometrii przyłożenia obciążenia oraz w arunki nośności podłoża, wym aga w ykonyw ania wielokrotnie powtarzanych obliczeń rozkładu naprężeń pod stopą oraz szacow ania nośności gruntu, dla różnych wartości w ym iarów fundam entu i różnych w ariantów obciążeń.

3.1. A naliza rozkładu naprężeń (obciążenia) w poziom ie posadow ienia

W yznaczanie rozkładu naprężeń pod fundam entam i obciążonym i m im ośrodow o zwykle przedstaw iane je s t w literaturze w postaci nom ogram ów i w zorów (patrz [1, 2]), których stosowanie wym aga w ykonyw ania stosunkowo nużących obliczeń ręcznych. Rozwiązanie tego zadania na potrzeby analizowanych elektrowni wiatrowych zostało zawarte w pakiecie kalkulacyjnych arkuszy obliczeniow ych [9]. Rozkład naprężeń pod fundam entem wyznacza się w nich, opierając się na schem acie podstaw y prostokątnej, przedstaw ionym na rysunku 4.

Zakłada się w jednym cyklu obliczeń, iż płaszczyzna działania siły wypadkowej oraz momentu, określona kątem <9, a także punkt przyłożenia w ypadkow ej, określony w ielkościam i l i b, pozostają stałe.

ł B

Rys. 4. Schemat podstawy fundamentu prostokątnego, obciążonego siłą pionow ą V na dużym mimośrodzie oraz siłą poziom ą H o zmiennym kierunku działania 0

Fig. 4. A scheme o f the base o f rectangular flat foundation loaded w ith vertical force V with large eccentricity and horizontal force H, acting in a varying direction ©

Uwagi do analizy granicznego stanu nośności fundamentów . 437

Poszukuje się w ym iarów tzw. fundam entu czynnego (BA ; L A) , spełniających warunek, że przez naroże 4A przechodzi oś obojętna. D la takiego fundam entu w yznacza się wartości naprężeń wyw ołanych obciążeniem . W narożniku 2=2A oznaczono te naprężenia jako q Armax , zaś w narożniku 4A , z założenia, naprężenie ą Ar - 0. Pod wyznaczonym fundam entem czynnym p anują w ięc jedynie naprężenia ściskające. W yznaczanie w ym iarów fundamentu czynnego odbyw a się autom atycznie, a obliczenia prow adzone są m etodą iteracyjną, według algorytm u stw orzonego w języ k u V isual Basic [9],

U stalane s ą rów nież w ym iary fundam entu obliczeniowego ( L ’ ; B ’ ) i naprężenia pod nim panujące - qrob, .

W pakiecie kom puterow ym [9] prow adzone s ą także; graficzna kontrola zm ian wymiarów fundam entu czynnego i położenia osi obojętnej, dla danego kąta 0 , oraz tw orzenie zestawów w yników obliczeń.

3.2. Szacow anie granicznej nośności podłoża pod w iatrakam i, w ed łu g PN i EN7

W yznaczanie nośności granicznej podłoża (naprężenia) q j , dla fundam entów wiatraków w edług obowiązującej norm y polskiej PN-81/B-03020, [5], je s t kłopotliw e z dwóch powodów. Po pierw sze, w zór norm ow y nie daje m ożliw ości obliczenia nośności granicznej dla gruntów spoistych, w w arunkach „bez drenażu”, tj. gdy Tf = c y , a kąt <¡>-0. N ie można wówczas w yznaczyć z nom ogram ów norm owych wartości w spółczynników zależnych od nachylenia wypadkowej obciążenia. Inne znane zależności dla tych współczynników, zaproponowane przez M otaka, [1], pochodzą w łaśnie z rozw iązań przyjętych w norm ie EN7.

Dla podłoża, którego param etry wyznaczono w w arunkach „z drenażem ” (np. dla gruntów niespoistych), obliczenie naprężeń granicznych wg normy [5] nie przysparza trudności.

Po drugie, sztyw ne przestrzeganie zaleceń norm y co do geom etrii przyłożenia wypadkowej (patrz ro zd z .l), dla obciążeń nadzwyczajnych, prowadzi do konieczności przyjm owania zawyżonych, nieracjonalnych statycznie i ekonom icznie, w ym iarów fundamentu.

O bliczenia nośności podłoża, dla elektrowni wiatrowych projektowanych przez inżynierów duńskich i niem ieckich [6], oparte s ą na zaleceniach normy europejskiej [4], Prowadzi się je, stosując dla gruntów spoistych w zór D .l (patrz EN7, [3]), na nośność graniczną w yznaczaną w w arunkach „bez odpływ u” , zaś dla gruntów niespoistych (w arunki „z odpływem ”) - w zór D.2. (patrz EN7, [3].). D odatkow o przyjm owane je st założenie; że dla zw ykłego obciążenia w iatrem m im ośród pow inien spełniać warunek e < 0,3 (B=L). N ośność qj wyznaczana jest w ów czas dla param etrów obliczeniow ych p odłożą c r - c /(1,40+ 1,80), tan<j>r = tan<j>/l,20.

Dla nadzwyczajnego obciążenia w iatrem (wsp. 1,3) dopuszczony je st wyjątkowo większy m imośród, lecz wtedy naprężenia graniczne q j wyznacza się przy założeniu, że głębokość posadowienia fundam entu D = 0 (!). To założenie je st dość dyskusyjne, bowiem głębokość posadowienia z jednej strony fundam entu je st równa projektowanej - D min, zaś od strony szczeliny bardziej racjonalne je st założenie, że Dmin = 0. T a spraw a nie je st regulowana przepisam i norm owym i, pom ija się j ą również w literaturze. D la gruntów spoistych zmniejsza to nieznacznie obliczaną w artość qj. D la gruntów niespoistych zm niejszenie <?/jest znaczne.

Prawdopodobnie, aby nie przesadzać z ostrożnością, projektanci duńscy [6] stosują wówczas do obliczeń nośności param etry charakterystyczne gruntu, a nie obliczeniowe.

3.3. Przykładow e w yniki analizy projektowej fundam entu pod w iatrak 2M W

Jako ilustrację om ów ionych w rozdziałach 3.1. oraz 3.2. zagadnień, na rysunkach 5 i 6, przedstaw iono wyniki obliczeń geom etrii obciążenia, rozkładu naprężeń oraz nośności podłoża fundam entu kwadratowego (17,5 x 17,5 m) typowego w iatraka 2 M W , dla zmiennych kierunków 0 działania wiatru, (obciążenia) zwykłego i nadzw yczajnego (patrz tablica 1). N ośność oszacowano zgodnie z wymaganiami EN7, [4], oraz PN, [5], dla gruntu spoistego, w stanie tw ardoplastycznym (II = 0,25) oraz niespoistego, średniozagęszczonego.

Parametry geotechniczne gruntów, charakterystyczne i obliczeniow e, przyjęte do obliczeń, zestawiono w tablicy 2. D la obciążeń zwykłych głębokość posadow ienia w ynosiła 2,0 m, dla nadzwyczajnych - założono w obliczeniach D = 0. Ciężar objętościow y gruntu, dla uproszczenia obliczeń, przyjęto stały, Yd = Yb, ~ 20 kN /m 3.

Tablica 2

Oznaczenie <M °] ^c , [kPa] Uwagi

l(n), EN7 90 T u= c u „bez odpływu”

l(r), EN7 ^- 90/1,4 = 65 t u= ^{c u} „bez odpływu”

l(r), PN 1 7 x 0 ,9 * 15,0 30x0,9 = 27 -

2(r), EN 7 27,5 0 </>" = 32°, (¡>r = arctan(tan<3"/l,20)

2(r), PN 32x0,9 = 28,8 0 f = 32°,

Obliczeniowe param etry w ytrzym ałościowe gruntu w pakiecie ,,l(r), PN ” dobrano tak, aby ich charakterystyczne w artości odpowiadały charakterystycznej w ytrzym ałości gruntu spoistego, wyznaczanej w w arunkach „bez odpływu” , z param etrów pakietu ,,l(n ), EN7”, przy średnim naprężeniu pod stopą fundam entow ą wiatraka, równym qr = 120 kPa.

Uwagi do analizy granicznego stanu nośności fundamentów .. 439

20,0 20,0

— o — LA - dług. czynna

— ń— BA - szer. czynna

— o — L' - dług. oblicz.

— Cr— B’ - szer. oblicz.

—O— (C-C)IC = 0,5

— O— (C-CJ/C > 0,5

— O— eB/B = 0,33

— o — eB/B<0,33

— A— eL/L < 0,33

kąt © kąt ©

Rys. 5. W ym iary fundam entu obliczeniowego i czynnego oraz geometria osi obojętnej i mimośrodów, dla obciążeń zwykłych oraz nadzwyczajnych

Fig. 5. Dimensions o f evaluated and active foundation with geometry o f neutral axis and eccentricities for normal (on left) and extreme loads (on right)

2200

-q f, 2(r),PN

- 0,81 q f, 2(r), PN

-q f, 2(r), EN7

-q f, 1(r), PN

-0,81qf, 1 (r), PN

— qf, 1 (n). EN7

- q f, 1(r), EN7

- qArmax , dla BA x LA

— qrobl, dla B 'x L '

k ą t 0 k ą t 0

Rys. 6. W yniki obliczeń nośności podłoża wg EN7 i PN oraz rozkładu naprężeń w gruncie, dla obciążeń zwykłych oraz nadzwyczajnych

Fig. 6. Results o f bearing capacity calculations, according to EN7 and PN standards, compared with soil pressure, carried out for normal (on left) and extreme loads (on right)

Z rysunku 6 wynika, że dla przyjętych w ym iarów fundam entu (17,5 x 17,5 m), warunek nośności podłoża je st spełniony dla wszystkich, rozw ażanych pakietów parametrów gruntowych, z zapasem bezpieczeństw a równym qj/qrou ~ 3,23-^19,55 (dla obc. zwykłych), oraz q f/q Armax = 1,40+3,91 (dla obc. nadzwyczajnych). W yniki te należy jednakże analizować ściśle w pow iązaniu z w arunkam i geom etrii przyłożenia obciążenia, tj. położeniem osi obojętnej i w ielkością m im ośrodów , które przedstaw iono na rysunku 5. W idać na nim, iż dla obciążeń ekstrem alnych w arunek norm owy C < 0,5 C ’ , [5], został przekroczony, natomiast m im ośrody obciążenia m ieszczą się w granicach dopuszczalnych. W ym iary fundamentu, który spełniałby w arunek położenia osi obojętnej według polskiej normy, dla wszystkich kierunków działania w iatru 0 , w ynoszą aż 22,0 x 22,0 m.

N a podstawie w yników obliczeń, które wykonano dla kilkudziesięciu fundamentów wiatraków, m ożna także stwierdzić, iż w zór normowy, [5], na nośność daje szybszy przyrost obliczeniowej nośności podłoża pod fundam entem kwadratowym , dla zm iennego (w stosunku do B) kierunku działania siły poziomej 0 , w zakresie 0+45°, niż rozw iązanie przyjęte w EN7, i to zarówno w gruntach spoistych ja k i niespoistych. Jest to spow odow ane prawdopodobnie tym, iż w norm ie europejskiej, uw zględnia się we wzorach na w spółczynniki nachylenia obciążenia także zm ienność kąta 0 , który je st całkowicie pom ijany w polskiej normie.

Zależność, wskazyw ana min. w publikacjach [7, 8], m ów iąca o tym, iż dla takich samych param etrów podłoża nośność w yznaczana dla fundam entów stopowych, w g założeń EN7, jest generalnie m niejsza niż w g założeń PN, potw ierdzona została także wynikam i obliczeń, w ykonanych dla obciążeń działających na dużych m im ośrodach, z tym że różnice w wartościach nośności s ą dużo w iększe niż to wykazywano dotąd w literaturze.

4. Podsumowanie

Przy projektow aniu fundam entów bezpośrednich elektrowni w iatrow ych wskazane jest stosowanie zaleceń norm y europejskiej, EN7, [4], O bow iązująca norm a polska, [5], nie spełnia bowiem, dla gruntów spoistych, w ymagań dostosow ania procedur obliczeniowych oraz sposobu w yznaczania param etrów geotechnicznych, do rzeczyw istych warunków współpracy fundam entu w iatraka z podłożem gruntowym. Sztywne stosowanie warunków normy PN, [5], co do położenia osi obojętnej przekroju prowadzi do projektowania fundamentów stopowych o nieracjonalnie dużych wymiarach.

Uwagi do analizy granicznego stanu nośności fundamentów . 441

W doborze w ym iarów fundam entu stopowego pod w iatrak decydujące znaczenie ma określenie dopuszczalnych m im ośrodów wypadkowego obciążenia od wiatru, zw łaszcza dla obciążeń nadzwyczajnych.

A utorzy proponują, aby dla obciążeń zwykłych stosować w arunek e < 0,33 B. W ówczas nośność graniczną należy spraw dzać w edług zależności qr < q j , gdzie q j obliczane jest zgodnie z założeniam i EN7, dla w ym iarów obliczeniow ych fundam entu B ’ x L ’ .

D la obciążeń nadzw yczajnych, przy których m im ośród przekracza w artość 0,33 B, nie powinien on jednocześnie być większy niż 0,4 B. O dpow iada to bow iem warunkowi zachow ania stateczności ogólnej fundam entu stopowego, z uwagi na m ożliw ość obrotu względem kraw ędzi najbardziej obciążonej; M wywraCający < 0 , 8 M utr2ym ujący ■ W takim wypadku autorzy proponują obliczanie nośności granicznej podłoża w dw óch wariantach. W wariancie I - dla fundam entu obliczeniow ego (B ’ x L 1), lecz przy założeniu, że posadowiony je st on na głębokości D min = 0, w tedy qrobi < q j - wyznaczane w param etrach obliczeniowych. W II wariancie - dla fundam entu czynnego (BA x LA), przy rzeczyw istym Dmm - w tedy ćj rmax Z i f * gdzie q Armax - naprężenie pod narożem ekstrem alnie obciążonym , q j - nośność liczona w param etrach obliczeniow ych. Z tych dwóch w ariantów należy wybrać bardziej niekorzystny. Przyjęcie w arunku D min = 0 w ynika z tego, iż przy dużych m im ośrodach szerokość obliczeniow a fundam entu stopowego B ’ m oże być n a tyle m ała, zaś naprężenia pod nim na tyle duże, że należy m ieć uzasadnioną obawę co do potencjalnego kierunku wyparcia gruntu spod fundam entu - m oże ono bowiem nastąpić w kierunku otwartej (poprzez unoszenie fundam entu) szczeliny, gdzie „nie m a” obciążenia, a w ięc q = D min x y o ~ 0.

U stalanie param etrów w ytrzym ałościowych gruntów spoistych dla projektowania fundam entów w iatraków pow inno się odbywać na podstaw ie specjalnych badań laboratoryjnych (szybkie ścinanie w w arunkach „bez odpływ u”) lub na podstaw ie sondowań CPTU. W przypadku tw ardoplastycznych glin zw ałowych m ożna się ograniczyć do badania sondą krzyżakową.

Dodatkow e zadanie dla geotechnika przy realizacji farm w iatrow ych (w jej fazie przygotowawczej - często pom ijane), to w stępne w ytypow anie obszarów spełniających wymogi m inim alnych w arunków gruntowych (rozdz. 2.3), co przynosi najczęściej znaczne oszczędności na etapie projektow ania i wykonawstw a fundam entów oraz dróg dojazdowych.

Ta tematyka, podobnie zresztą ja k i kw estie w ykonaw stwa fundam entu, który wykazuje cechy konstrukcji specjalnej (obliczanej na zm ęczenie, zbrojonej wysokiej klasy stalą), choć także interesujące, w ykraczają poza zakres niniejszego artykułu.

LITERATURA

1. M otak E.: Fundam enty bezpośrednie. Wzory, tablice, przykłady. Arkady, Warszawa 1988.

2. Puła O., Rybak Cz., Sarniak Wł.: Fudam entowanie. Projektow anie posadowień.

Dolnośląskie W ydawnictwo Edukacyjne, W rocław 1998.

3. prEN 1997-1, Eurocode 7. Geotechnical Design, Part 1 General rules. Draft EN 1997-1, Annex D - A sam ple analytical m ethod for bearing résistance calculation, CEN/TC 250/SC 7, 04.2000.

4. prEN 1997-1, Eurocode 7. Geotechnical Design, Part 1 General rules. Final draft, CEN/TC 250/SC 7PT 1, version h, 09.10.2001.

5. Polska N orm a (PN -81/B-03020). Grunty budow lane. Posadow ienie bezpośrednie budowli. O bliczenia statyczne i projektowanie.

6. Standard foundation for windm ill V80/2 M W , V52/0.85 M W , V estas W ind Systems A/S - m ateriały w ew nętrzne projektanta: Thisted ApS, Skanderborg, D enm ark, 06.2000.

7. W ysokiński L., M otak E., Przystański J.: Projektowanie geotechniczne w Polsce.

Problem y w prow adzania ENV 1997-1. M at.K onf.Nauk.-Techn. pn.H arm onizacja polskich i norm geotechnicznych z systemem norm europejskich, Pułtusk, 10.1998, s. 17-34.

8. W ysokiński L.: D ostosow anie polskich norm w geotechnice do systemu norm europejskich (EN 1997). M at.Konf.N auk.-Techn. pn.H arm onizacja polskich norm geotechnicznych z system em norm europejskich, M rągowo, 11.2000, s. 41-66.

9. Jastrzębski L.: A utorski pakiet zintegrowanych arkuszy kalkulacyjnych do analizy stateczności fundam entów bezpośrednich i nośności podłoża wg zaleceń EN7 oraz PN -81/B-03020, w ersja M S Excel 2000 - V isualBasic 6.0, Koszalin 1998-2002.

10. Krohn S.: G uided tour to wind energy, Danish W ind Industry Association, http://w w w.w ind pow er.org, 09.2000, (materiał z Internetu).

Recenzent: Prof. zw. dr hab. inz. Zygmunt MEYER

A bstract

The paper introduces the problem o f determ ination o f stress distribution and bearing capacity calculations for a spread, square foundations o f w indm ills, loaded with large eccentricity. A m ethod o f fixing an “active base foundation” has been proposed using the MS Excel spreadsheets. Also the conditions for bearing resistance calculations, w ith extreme loads acting on eccentricity greater than 0,33B and less than 0,4B have been specified. It was recom m ended to carry out these calculations according to regulations o f Eurocode 7 instead o f Polish Standard PN-81/B-03020, in w hich the procedures do not correspond to the real

“base-soil” interactions for w indm ills, either in calculation m ethods or in soil parameters qualifying.