HHHHOLENS EN HOGE SCHOORSTENEN door ir. J.G. de Gijt 6QIEENTEWERKEN ROTTERDAM Ingenieursbureau Geotechniek en Milieu Jnleiding Bij het ontwerpen van de fundering van windmolens en hoge schoorstenen zal naast het statische gedrag tevens het dynamische gedrag van de funderingsconstructie onderzocht dienen te worden. Bij het d3mamisch gedrag van de fundering dient b.v. gedacht te worden aan eventuele degradatie van de ondergrond door verdichtingen of waterspanningsopbouw. Daarbij is de ondergrond een onderdeel van het gehele dynamische systeem, waarbij elk onderdeel invloed uitoefent op de andere onderdelen hetzij versterkend of tegenwerkend. Dus zal met name het interactief gedrag van de constructie met de ondergrond dienen te worden beschouwd. In deze lezing zal worden ingegaan op de berekening van het statisch draagvermogen van een dergelijke constructie waarna ruimer aandacht zal worden gegeven aan het dynamisch gedrag van dit type constructie. Daarbij zullen de volgende onderwerpen worden besproken: - benodigde grondparameters; - onderzoektechnieken; - schematisatie; - aanbevelingen voor verder onderzoek. RAPP 16^6/SN/s. 175
I
- 2 - R>>nndigde parameters Het ontwerp van een fundering is een interactief proces tussen de constructeur en geotechnicus. De geotechnicus zal geotechnische randvoorwaarden zoals vervormingen en sterkte voor zowel het statisch als het dynamisch gedrag van de grond dienen aan te geven. Bij het aangeven van de geotechnische randvoorwaarden zal enerzijds inzicht dienen te bestaan in de grootte en soort belasting en de funderingswijze en zullen anderzijds de grondeigenschappen bekend dienen te zijn. In onderstaande tabel zijn de grondparameters aangegeven, welke nodig zijn om zowel het statisch als dynamisch gedrag van een constructie vanuit geotechnisch oogpunt te kunnen beoordelen. Grondparameters Statisch gedrag Djmamisch gedrag nat volumegewicht (kn/m3) X X droog volumegewicht (kn/m3) X X verzadigd/onverzadigd X X grondwaterstand X X relatieve dichtheid (%) X X korrelverdeling X doorlatendheid (m/s) X hoek van inwendige wrijving ( ) X X cohesie (kn/m2) X X glijdingsmodulus (MN/m2) X X elasticiteitsmodulus (MN/m2) X X beddingsconstante (MN/m3) X X Ko-coëfficiënt X dwarscoëfficiënt dilatantiehoek ( ) X X Zoals uit bovenstaande tabel blijkt zijn voor het onderzoek van het statische en dynamische grondgedrag dezelfde basisparameters noodzakelijk. Echter voor het dynamische gedrag dient inzicht te bestaan over de Glijdingsmodulus en Elasticiteitsmodulus-waarde bij relatief kleine vervormingen.
(
- 3 - nririerzop-ktechnieken voor de bepaling van dynamische grondparameters Voor de bepaling van djrnamische grondparameters (E.G.) kunnen zowel in situ- als laboratoriumproeven bruikbaar zijn. In onderstaande grafiek is voor beide soorten proeven het toepassingsgebied als functie van de hoekverdraaüng gegeven. Tevens is in dit overzicht de hoekverdraaüng vermeld, welke worden opgewekt door de verschillende soorten van dynamische belastingen. Hl iir GEOPHYSISCH ONDERZOEK CYCLISCHE TRIAXIAALPROEF CYCLISCHE DIRECTE SCHUIFPROEF WRING SCHUIFPROEF RESONANT COLUMNTEST GROTE SCHUDTAFEL FUNDERING MACHINES GOLFBELASTING WINDTUnOINES AAiiiiUi:vi;K;!:i: llf' 10'^ lo''' 10"' 10-' 10- HOEKVERDRAAIING ^(%) Uit bovenstaande grafiek blijkt, dat voor de dynamisch belaste funderingen (windturbines/machines) waarbij kleine hoekverdraaiingen optreden met in situ-proeven Elasticiteitsmodulus, Glijdingsmodulus- en dwarscontractiecoëfficient- - worden bepaald waarin deze constructies opereren. Van de laboratoriumproeven komt alleen de resonant column proef in aanmerking. Met deze proef worden de resonantie frequentie Elasticiteitsmodulus/Glijdingsmodulus bepaald op een cilindervormig monster door een torsiemoment aan te brengen. De cyclische triaxiaalproef is eveneens een proef die op cilindervormige monsters wordt uitgevoerd, waarbij met name onderzocht kan worden hoe de waterspanningsopbouw en vervorming zich ontwikkelt bij langdurige wisselende belasting (b.v. de gravity structure). Een voordeel van de in situ-proeven met name de seismische technieken is dat een groot volume grond wordt beproefd inclusief de aanwezige gelaagdheid. Dit in tegenstelling tot de laboratoriumproeven, waarbij een relatief klein monster wordt beproefd, echter wel onder goed geconditioneerde omstandigheden.
(
( (,
- 6 - Ten aanzien van bovengenoemde aspecten wordt er nog op gewezen dat een eigen frequentie van de constructie kan samenvallen met een frequentie van de uitgeoefende belasting. Hierdoor ontstaat resonantie. Resonantie van het systeem dient te worden vermeden omdat dit ongewenste snelheden en vervormingen teweegbrengt met als gevolg dat constructie kan bezwijken. Daamaast zal het effect van een langdurige wisselbelasting op slecht drainerende ondergrond een afname van de sterkte en derhalve toename van de vervorming laten zien, hetgeen tot verschuiving van de eigen frequenties en ongewenste scheefstand van de constructie kan leiden.
t.
-fi 160kN 18000kN 650kN 35000kN 3i50kN 70600kN 18kN/m^ ^ = lo^kn/m^ = O.A -ISMN/m^ = 70% 12.0m-m.v. RfNDERtNG BETONPLAAT = 18kN/m^ (\ = 10^ = 35 = O.Zt c = OkN/m^ = 15a20MN/m2 g.w.s, = 1.0m-m.v. FUNDERING BETONPLAAT 90% 12.5m. dikte = 2.0m. ^onlegniveau 3.0m=ivi.v. > 1750kN/m2 q^^ei = 700kN/m' D = 30m. dikte = A.Om. Aanlegniveau = 5.0m-m.v, q^jn = 1720kN/m2 q^^^, =700kN/m^ ft GROND,= SOkN/m^ (T^g^r 90kN/m' ^*40kN/m2 (rfnin= lokn/m^ ap OP GROND e.g. : (T^g = UOkN/m^ (p^^^= 150kN/m wind:f ^= lokn/m^ f^-.^r nokn/m^ 700 2 ISO UO igsconstante 20x10\N/m^,= 30 X 10-^ 3x10-^= 0.03% iverpkeuze: FUNDERING rie STIJFHEID lo^nmrad beddingsconstante 50x10^kN/m"' ^ = _so^= 50x 10"^ = 5x10-^ =0.05% 10- ONTWERPKEUZE: STIJVE FUNDERING ROTATE STIJFHEID 15x10* knmrad
r ( 1.
_ 7 - De huidige stand van de techniek maakt het mogelijk met relatief gecompliceerde modellen dynamische problemen te analyseren. Echter de invloed van de verschillende soorten belasting, de frequentie in relatie tot het gedrag van de ondergrond dienen verder onderzocht te worden. Daarbij zal ongetwijfeld de probabilistische rekentechniek een belangrijke rol gaan spelen. Samenvattend kan dan ook worden gesteld dat onderzoek worden gericht op: zal moeten 1. - het verkrijgen van inzicht van de belastingen in relatie tot de reacties van de ondergrond; 2. - het verrichten van metingen aan constructies om een beter inzicht in het gedrag van de constructie te verkrijgen; 3. - verbetering van onderzoek- en interpretatie methodieken; 4. - ontwikkelen van modellen/berekeningsmethoden, waarbij het interactief gedrag van de constructie en ondergrond wordt meegenomen.
1
LitaratMur 1.0 Rlchart F.E., J.R. Hall Jr. and R.D. Woods (1970) Vibrations of soils and Foundations Prentice - Hall Inc. 1970. 2.0 Winterkom H.F. and Fang H.Y. (1975) Foundation Engineering Handbook Van Norstrand Reinholde Company 1975. 3.0 Gijt J.G. de en Beringen F.L- (1979) Uitvoering en Toepassing van een Cyclische Trixiaalproef op zand. P.T. bouwkunde, wegen en water en bouw vol. 34 nr. 9 p.p. 575-589. 4.0 Gijt J.G. de and Hooijdonk W.R. (1983) Testing methods related to soil and structure behaviour under dynamic loading. In Ritsema R.A., Giirpinar A. editors. Seismicity and Seismic Risk in the Offshore North Sea Area, NATO Advanced Research Workshop Proceedings, Utrecht, The Netherlands 1982 Dordrecht, Holland, D. Reidel p.p. 187-198. 5.0 Holzlöhner N. (1988) Djmamische Bodenkemwerte - Messergebnisse und Zusammenhange Bautechnik 65 (1988) H.g, 6.0 Richtlijnen van Funderen op staal, S.B.R. publikatie nr. 192 uitgegeven door de Stichting Bouw Research (1989).
('