Presentation held for the Danish Geotechnical Society, 12 November 2009. In Danish.

1. #
De vigtigste dimensioneringsprincipper for
gravitationsfundamenter
Dansk Geoteknisk Forening
12. november 2009
Jakob Hausgaard Lyngs, COWI

2. #
Agenda
 Særlige udfordringer
 Overordnede grænsetilfælde og generelle
dimensioneringsprincipper
– Bæreevne
– Glidning
– Dynamisk stivhed
– Differenssætninger
 Numeriske metoder
De vigtigste

3. #
Case: Rødsand 2 - Offshore Wind Farm
De vigtigste

4. #
Case - Rødsand 2 - Offshore Wind Farm
De vigtigste

5. #
Case - Rødsand 2 - Offshore Wind Farm
De vigtigste

6. #
Rødsand 2
90 møller, Siemens 2,3 MW
De vigtigste
 Bygherre: E.ON Sverige med Grontmij-Carl Bro som rådgiver
 Entreprenør: Aarsleff - Bilfinger Berger JV med COWI som rådgiver
 Certificering: Det Norske Veritas
 Fundamentsbredde: 17 m
 Funderingsniveau: -7,5 m til -12,5 m
 Ballasteret masse: ~2000 ton

7. #
De vigtigste
Fundering i moræneler
business as usual?
 Hovedsageligt moræneler
 Lille dybde af CPT'er (2.9 ± 2.4 m) og
manglende boringer → Supplerende
undersøgelser
 Steder med kridt, paleogene aflejringer
og smeltevandsaflejringer
 Design gennemført med kombination af
analytiske og numeriske metoder

8. #
Fundamenter til offshore vind
Særlige udfordringer
 Jord-fundament-vindmølle dynamik
– Laster afhænger af systemets respons
 Dominerende horisontal last
 Høj egenlast installeret – minimum
egenlast undervejs
 Omkostninger til fundering afgørende for
projektets mulighed for udførsel
 Geotekniske undersøgelser af tilstrækkeligt
omfang og kvalitet
De vigtigste

9. #
Agenda
 Særlige udfordringer
 Overordnede grænsetilfælde og generelle
dimensioneringsprincipper
– Bæreevne
– Glidning
– Dynamisk stivhed
– Differenssætninger
 Numeriske metoder
De vigtigste

10. #
Bæreevneberegning
 Normgrundlag: DNV-OS-J101, "Design of offshore wind turbine
structures"
 Homogene forhold -> Sædvanlig bæreevneformel
 Omregning til rektangulært effektivt areal
 Vridning omregnes til tillæg til horisontalkraft
 Horisontalkraft indgår som hældningsfaktor
 Robust og efterprøvet, effektivt til generel dimensionering, enkelt at
systematisere og tjekke for mange lastkombinationer = bør altid
opstilles
 Utilstrækkelig ved ikke-homogene forhold -> numeriske metoder
De vigtigste
True Shape 1
e
b´
l´

11. #
Glidning
 Alle mulige brudflader
vurderes
 Stor afhængighed af
udførelse – tag
entreprenøren med på råd
 Ujævn moræneoverflade
i udgravning
De vigtigste

12. #
Dynamisk stivhed
 Jord-fundament-vindmølle dynamik
 Primært fokus på nedreværdi for
stivheden (tårnet dikterer i
vid udstrækning øvreværdien)
 Stivhed påvirker fundamentslasterne,
iteration med mølleleverandøren
 Analytiske eller numeriske løsninger,
baseret på elastisk opførsel af jorden
 Forudsætning: Lineær jord (~OK for
moræneler), alternativt iterationer
baseret på tøjninger
De vigtigste

13. #
Differenssætninger
 Typisk krav: 0.25-0.5 grader
 To bidrag:
1: Differenssætninger som funktion af totale sætninger
Bestemmes ud fra erfaringer med målinger på offshore
punktfundamenter
2: Differenssætninger som følge af dominerende vindpåvirkning
Bestemmes ud fra beregnet langtids-rotationsstivhed og et
ækvivalent moment fra den fremherskende vindretning – typisk 1/3-
1/5 af ULS moment.
De vigtigste

14. #
Numeriske metoder
 Motivation
– Beregning af lagdelt jord
– Bestemmelse af deformationer
– Bestemmelser af 3D-effekter
– Uafhængighed af bestemmelse af effektivt areal
 Værktøjer
– 2D: Plaxis / Abaqus afhængigt af modelleringsteknik
– 3D: Abaqus (evt. Plaxis 3D Foundation, afhængigt
geometri og laster)
De vigtigste
Andre muligheder:
SVSolid, SOILSTRUCT, TELSTA,
PENTAGON, FLAC3D, ZSOIL,
VERSAT-S2D….

15. #
Numeriske metoder
 Principper
– Patchtest – afprøv ALTID den opstillede model (evt.
simplificeret) med et problem hvor løsningen er kendt.
– Tag højde for elementinddelingens finhed
– Vælg de rigtige elementer
– Vær opmærksom på jord-struktur interaktion. Plaxis er ikke i
stand til at modellere kontaktproblemer
– Vær på vagt! Undersøg spændings- og tøjningsfordelingerne.
Hvis der sker noget du ikke kan forklare er der ofte noget galt!
De vigtigste

16. #
Kontaktmodellering
De vigtigste

17. #
2-dimensional modellering
(plan tøjning)
De vigtigste
 Ikke-rektangulært fundament:
– 3D-> 2D: Effektivt areal
 Rektangulært fundament:
– Hele fundamentsarealet kan modelleres, hvis der modelleres
passende betingelser for interfacet mellem jord og struktur.
True Shape 1 True Shape 2
e e
b´
l´

18. #
3-dimensional modellering
Fordele
 Mulighed for præcis modellering af fundamentets
geometri
 Mulighed for korrekt modellering af vridning
 Ingen antagelser om effektivt fundamentsareal
 Ingen antagelser om plan tøjning
 = et mere nøjagtigt design
Ulemper
 Større modellerings- og beregningstid
 Øget kompleksitet -> vanskeligere
at fange inputfejl
De vigtigste

19. #
Konklusion
 Design på homogene jordbundsforhold kan gennemføres med
forholdsvis enkle modeller
 Bæreevneformel godt og robust værktøj – men har indbyggede
antagelser
 Numeriske modeller er ikke nødvendigvis lykken! Modellen er aldrig
bedre end de formuleringer der ligger bag. (Pas på med
kontakt/slip problemer i Plaxis!)
De vigtigste