Avand in vedere preocuparea globala de a implementa solutii mai prietenoase cu mediul, in special in ceea ce priveste productia de energie, se observa o noua crestere a interesului pentru construirea de parcuri eoliene in Romania.
In imprejurimile municipiului Buzau, pe un teren de peste 600 ha, se propune realizarea a trei parcuri eoliene care cuprind 26 de turbine eoliene.
Faza de dezvoltare a proiectului care constituie subiectul acestui articol a cuprins investigarea terenului de fundare – impartita in doua etape de executie – si proiectarea preliminara a sistemului de fundare, in acord cu datele obtinute din prima etapa de investigare a terenului.
INVESTIGATIILE GEOTEHNICE
Tema de investigare a terenului
Tema de investigare geotehnica a fost propusa de Client si a fost detaliata de Elaboratorul Studiului Geotehnic – Popp & Asociatii Inginerie Geotehnica SRL – conform normelor in vigoare [1, 2, 3] si adaptata, dupa caz, in urma analizei datelor obtinute pe parcursul desfasurarii lucrarilor, de comun acord cu Clientul.
Investigatiile geotehnice au cuprins:
- Etapa 1 (finalizata): Studiu Geotehnic pentru proiectarea a 10 turbine eoliene, a drumurilor de exploatare si a substatiei de transformare, inclusiv autorizarea lucrarilor de construire.
In cadrul Etapei 1, s-a prevazut cate un foraj geotehnic de 45 m adancime pe locatiile a 10 dintre cele 26 turbine eoliene, un foraj geotehnic de 15 m adancime pe locatia substatiei de transformare si 9 sondaje pe locatii reprezentative pentru proiectarea drumurilor de exploatare. Pentru 6 dintre forajele geotehnice s-a prevazut, suplimentar, echiparea piezometrica pentru a realiza masuratori repetate ale nivelului apei, identificat la adancimi relativ mici fata de cota terenului natural.
- Etapa 2: Studiu Geotehnic – completare investigatii de teren realizate in Etapa 1 cu cate un foraj geotehnic de 45 m adancime pe locatiile celorlalte 16 turbine pentru proiectarea fundatiilor tuturor turbinelor.
Deoarece la inceperea lucrarilor s-a constatat ca pe amplasamentul investigat se desfasoara activitati de detonare proiectile / munitie, pentru reducerea riscurilor s-a comandat un Studiu de detectie a posibilei munitii ingropate, in patru locatii de investigare. In urma studiului s-au identificat posibile obiecte metalice ingropate (la adancimi mici) si s-au pozitionat investigatiile in teren reducand riscul de accidentare a echipei aflate in teren.
Lucrarile de investigare realizate
Forajele geotehnice au fost executate in sistem rotativ mecanizat, cu prelevare de probe netulburate din straturile coezive si probe tulburate din straturile necoezive sau slab coezive [4].
De asemenea, pentru straturile necoezive sau slab coezive, unde nu este posibila prelevarea probelor netulburate, s-au executat incercari de penetrare dinamica standard (SPT) in forajele geotehnice [5].
In cadrul fiecarui foraj s-au realizat masuratori ale nivelului apei subterane in timpul forajului si dupa atingerea adancimii finale si au fost prelevate probe de apa, dar si probe de pamant, in vederea realizarii analizelor chimice de agresivitate asupra betoanelor.
Din sondajele de dezvelire s-au prelevat probe tulburate, care au fost supuse incercarilor de laborator pentru determinarea caracteristicilor fizice (de identificare) si chimice ale pamanturilor, dar si pentru determinarea parametrilor de compactare si stabilirea capacitatii portante a patului drumului (indicele californian de capacitate portanta – CBR).
Analiza datelor rezultate in urma investigatiilor
Este descrisa, in continuare, stratificatia generala determinata pe baza investigatiilor in situ si in laborator, cu mentiunea ca atat cotele straturilor, cat si unele proprietati ale acestora, variaza de la un foraj la altul, iar la proiectarea fiecarei constructii (turbina eoliana / statie de transformare) se va tine cont de litologia identificata pe locatia respectiva, analizand inclusiv conditiile locale rezultate in investigatiile realizate pe fiecare locatie:
- 0,00-0,15/0,5 m: pamant vegetal;
- 0,15/0,5…4,7/7,6 m: orizont 1 coeziv – argila cu plasticitate mare la foarte mare, cafeniu-cenusie, local negricioasa, cu continut mediu de materie organica, consistent-vartoasa (1a) si argila / argila nisipoasa cu plasticitate medie la mare, cenusie / cafenie, consistent-vartoasa (1b);
- 4,7/7,6…6,1/9,1 m: orizont 2 necoeziv – nisip cu pietris, cafeniu/cenusiu, indesat si foarte indesat;
- 6,1/9,1…18,2/19,4 m: orizont 3 coeziv – argila / argila nisipoasa, cenusie, cu plasticitate medie la foarte mare, vartoasa cu intercalatie la adancimea de 10…14 m de nisip prafos / argilos / nisip, cafeniu / cenusiu, mediu indesat / indesat;
- 18,2/19,4… 45,0 m: alternante de orizonturi necoezive de nisip prafos la nisip argilos / nisip neuniform la nisip discontinuu, indesat, cenusiu si orizonturi coezive de argila / argila nisipoasa, cenusie, consistent-vartoasa.
Nivelul hidrostatic a fost interceptat la adancimi de -4,3 m … -6,9 m, stabilizandu-se la adancimi de -1,2 m … -2,4 m fata de cota terenului natural.
Orizontul coeziv din suprafata, pana la adancimea de 4 m (strat 1a), se incadreaza, in general, in categoria pamanturilor putin active / cu activitate medie in raport cu apa, iar local, intr-unul dintre foraje, se incadreaza in categoria pamanturilor active in raport cu apa [6].
Pamantul din suprafata se incadreaza ca fiind slab organic (continutul de materii organice din masa uscata este de la 2% la 6%) si, pe unele locatii, ca mediu organic (continutul de materii organice din masa uscata este de la 6% la 20%), chiar pana la adancimi de circa 5-6 m [7].
Prin urmare, stratul coeziv din suprafata (orizontul 1), prezent la cota de fundare, estimata la aproximativ -3 m fata de cota terenului natural, se incadreaza in categoria terenurilor medii-dificile de fundare – pamanturi cu continut mediu de materii organice si/sau cu activitate medie in raport cu apa [1].
Utilizand rezultatele testelor de penetrare dinamica standard in foraj (SPT), s-a realizat o evaluare preliminara a potentialul de lichefiere a straturilor necoezive saturate din amplasament [8]. O parte dintre locatiile investigate s-au incadrat ca susceptibile la lichefiere, in timp ce in alte locatii – aparent – exista o rezerva de siguranta la aparitia fenomenului de lichefiere. Totusi, avand in vedere zona de hazard seismic ridicat, dar si pentru incadrarea corespunzatoare in clasele de teren, se prevede necesar un studiu de microzonare seismica, inclusiv pentru evaluarea potentialului de lichefiere.
Lucrarea analizata a fost incadrata in categoria geotehnica 2 – risc geotehnic moderat [1].
PREDIMENSIONAREA FUNDATIILOR
Pentru proiectarea preliminara a fundatiilor turbinelor eoliene au fost puse la dispozitie documente privind incarcarile, dimensiunile estimate ale fundatiilor, coeficienti de siguranta impusi de catre producator, precum si limite ale tasarilor diferentiale (s-a impus o tasare diferentiala admisibila de 3 mm/m).
Avand in vedere caracteristicile stratului 1a aflat la cota de fundare, care a prezentat in mai multe foraje un continut mediu de materie organica si/sau activitate medie in raport cu apa, fundarea directa in suprafata nu este posibila. Prin urmare, s-a optat pentru fundarea in adancime (indirecta) cu transmiterea integrala a incarcarilor la piloti (fara considerarea rezemarii pe terenul natural care poate inregistra tasari suplimentare din descompunerea materiei organice).
Astfel, pentru structurile turbinelor eoliene, s-a analizat fundarea pe piloti flotanti a caror capacitate a fost calculata urmand principiile normelor [9, 2], completate de cerintele formulate de Client.
S-au analizat mai multe optiuni privind numarul si lungimea pilotilor, pentru un bloc de fundare cu diametrul de 26,5 m fundat la -3 m adancime (Tabelul 3). In scopul comparatiei in aceasta faza, s-a mentinut diametrul pilotilor de 1,2 m si tehnologia de forare cu tubaj recuperabil.
Calculul pilotilor de fundare
Pentru proiectarea preliminara a pilotilor s-au utilizat urmatoarele metode de calcul:
- metoda efortului efectiv (beta), pentru determinarea capacitatii portante verticale a pilotilor;
- metoda p-γ, pentru determinarea capacitatii portante orizontale a pilotilor;
- metoda analitica pentru calculul tasarilor grupului de piloti si a unui pilot izolat.
Pentru calculul fundatiei pe piloti, respectiv pentru estimarea capacitatii portante a unui pilot izolat, dar si a distributiei sarcinilor de la fundatie la piloti, a fost utilizat software-ul GEO 5 – modulul „Pile” impreuna cu modulul „Pile group”, versiunea 2022.
Conform cerintelor Clientului, s-au utilizat urmatoarele metode de verificare:
- metoda coeficientilor partiali de siguranta (MCPS), in care s-au utilizat incarcarile factorizate furnizate si coeficienti partiali aplicati rezistentelor;
- metoda coeficientului global de siguranta (MCGS), in care s-au utilizat incarcarile nefactorizate furnizate si coeficienti globali de siguranta aplicati rezistentelor.
In ambele metode, valorile coeficientilor de siguranta sunt superioare valorilor din legislatia in vigoare din Romania.
Avand in vedere tasarea suplimentara datorata descompunerii materiei organice, estimata a fi circa 8,5 cm pe baza continutului de materie organica, s-a luat in considerare si frecarea negativa care se poate mobiliza pe grosimea stratului 1a.
Analiza tasarilor fundatiei pilotate s-a efectuat prin metoda analitica, tinand cont de modulul de deformatie al terenului si limitand zona activa la zona in care efortul este mai mare de 10% din efortul geologic.
Tasarile rezultate pentru fundatia proiectata la cerintele Clientului sunt:
- tasarea totala a grupului de piloti – 46 mm;
- tasarea relativa/diferentiala a fundatiei – 0,3 mm/m.
Suplimentar, pentru comparatie, s-a realizat si o predimensionare a fundatiei pe piloti pe baza metodei prescriptive din norma romaneasca [9], urmand respectarea cerintei privind tasarea diferentiala admisibila, pentru care s-au obtinut rezultatele prezentate in Tabelul 3.
CONCLUZII
Pentru o evaluare mai detaliata a hazardului seismic al amplasamentului si a potentialului de lichefiere a straturilor necoezive submersate, dar si pentru dimensionarea structurii si, implicit, a fundatiilor turbinelor eoliene, se recomanda ca pentru fazele ulterioare de proiectare sa se efectueze un studiu de microzonare seismica in amplasament.
De asemenea, avand in vedere nivelul ridicat al apei subterane, se va analiza pierderea echilibrului static provocata de subpresiunea apei (verificarea „uplift”) pentru perioada executiei excavatiei de realizare a fundatiilor. Se recomanda ca aceasta verificare sa se faca pe baza rezultatelor masuratorilor in puturile piezometrice.
Analiza privind solutia de fundare prezentata reprezinta un calcul preliminar, astfel ca, in fazele urmatoare de proiectare, calculele vor fi reluate, in baza temei finale de proiectare si a investigatiilor geotehnice din etapa II si se vor dispune masurile necesare referitoare la dimensiunile pilotilor de fundare, lucrari de epuizment / denivelare etc. precum si lucrarile de monitorizare necesare.
REFERINTE
[1] NP 074-2014. Normativ privind documentatiile geotehnice pentru constructii;
[2] SR EN 1997-1:2004. Eurocod 7. Proiectarea geotehnica. Partea 1: Reguli Generale;
[3.] SR EN 1997 2:2007. Eurocod 7 – Partea 2. Proiectare geotehnica. Investigatii de teren;
[4] SR EN ISO 22475-1:2007. Investigatii si incercari geotehnice. Metode de prelevare si masurari ale apei subterane. Partea 1: Principii tehnice pentru executie;
[5] SR EN ISO 22476-3:2006. Cercetari si incercari geotehnice. Incercari pe teren. Partea 3: Incercare de penetrare standard;
[6] NP 126:2010. Normativ privind Fundarea constructiilor pe pamanturi cu umflari si contractii mari (P.U.C.M.);
[7] SR EN 14688-2:2005. Cercetari si incercari geotehnice – Identificarea si clasificarea pamanturilor. Partea 2: Principii pentru o clasificare;
[8] SR EN 1998-5:2004. Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistenta la cutremur. Partea 5: Fundatii, structuri de sustinere si aspecte geotehnice;
[9] NP 123-2010. Normativ privind proiectarea geotehnica a fundatiilor pe piloti.
Autori:
ing. Alexandra Ene, ing. Despina Dorneanu, ing. Ionela Ionescu, ing. Dragos Marcu – Popp & Asociatii Inginerie Geotehnica, Bucuresti, Romania
…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 192 – iunie 2022, pag. 56
Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Lasă un răspuns