Dimensionering av fundament för landbaserade vindkraftverk Sedan ett par år tillbaka byggs ett beräkningscentrum upp inom Ramböll Sverige. Tanken är att samla beräkningskompetens inom geoteknik och konstruktionsteknik till att börja med och utnyttja en samverkan dem emellan. I framtiden är tanken att beräkningskompetens även inom andra teknikområden ska kunna komma med i centrat. I takt med att arbetet fortskridit har beräkningscentrat fått benämningen AMC Center (Analysis, Modelling, Calculation). Beräkningar kan nämligen inte särskiljas från analys och modellering, utan det ena förutsätter det andra. Ett exempel på arbete i centrat är dimensionering av fundament för landbaserade vindkraftverk. Ett koncept har arbetats fram där geoteknisk och konstruktionsteknisk dimensionering samverkar för att optimera storleken och i viss mån formen på fundamentet. Syftet är naturligtvis att spara material, såväl betong som armering, eftersom landbaserade vindkraftverk vanligtvis uppförs långt från bebyggelse, inte sällan i oländig terräng.
Utformning
En annan lösning är att en stålcylinder, så kallad ingjutningsring, gjuts in i fundamentet. Överkanten på ingjutningsringen utgörs av en fläns som passar mot en motsvarande fläns i underkant torn vilka bultas tillsammans. Olika lösningar för infästningen ger olika kraftspel och överföring av krafter mellan torn och fundament. Dimensionerande laster för olika dimensioneringsfall levereras av tillverkaren av vindkrafttornen.
Geoteknisk dimensionering
Som utgångspunkt används en typutformning av fundamentet när det gäller skaftets höjd och lutning på fundamentets överyta. Den goetekniska dimensioneringen syftar till att bestämma ett minsta tillåtet kantmått för fundamentet utifrån uppställda krav. Den konstruktionstekniska dimensioneringen kan därefter leda till en justering av fundamentets höjd. Dimensioneringen kan därför bli iterativ, då en geo-
Eftersom det är deformationsberäkningar som är styrande för den geotekniska dimensioneringen utförs dessa med finita element-program. Vi använder främst Plaxis, från GeoDelft i Holland, såväl två- som tredimensionellt. I princip är samverkan mellan undergrund och vindkraftverk ett tredimensionellt problem, där man kan förvänta sig tredimensionella effekter (randeffekter), figur 1. Dock är fundamentet tillräckligt stort för att en transformation till ett plant problem (tvådimensionellt) inte ger särskilt stor skillnad jämfört med att utföra en tredimensionell beräkning, figur 2. Vid transformering till plant problem är det viktigt att översätta ett cirkulärt fundament till ett fiktivt fyrkantigt och räkna per längdmeter av detta och inte behålla diametern som kantmått. Hänsyn tas vid den geotekniska dimensioneringen ofta till olika produktionstekniska eller driftstekniska faktorer som ställs. Ibland vill man inte att jord ska fyllas upp runt på fundamentet runt tornet, utan att man ska ha åtminstone en plan väg fram till tornet för att kunna köra fram med servicefordon. Allt som oftast efterfrågas dock antingen en helt plan yta runtom, eller alternativt en begränsad uppfyllning runt tornet med en bredd på maximalt två à tre meter. Effekten blir att man vanligtvis inte kan använda jord ovanpå fundamentet som positivt mothåll för att förhindra en rotation av fundamentet vid horisontal- och momentbelastning.
Fundamenten görs antingen cirkulära eller fyrkantiga. Storleken beror bland annat på vindkrafttornets höjd och därmed på de belastningar som överförs till Konstruktionsteknisk fundamentet och undergrunden. dimensionering Vanliga kantmått är mellan tjugo Figur 1: Resultat från tredimensionell analys av När den geotekniska dimensiooch tjugofem meter. En vanlig fundament för landbaserade vindkraftverk. neringen har avslutats utförs den höjd på fundamentet är två à tre konstruktionstekniska dimensiometer. Bruklig interface mellan tillverkaren teknisk kontroll av den slutliga funda- neringen, det vill säga utformning av beav vindkrafttornet och grundläggningen mentsutformningen utförs som sista steg. tong och armering. Den styrande dimensioneringen för Eftersom det är stora laster som överär vid infästningen mellan torn och fundament. Infästningen ser olika ut bero- vindkraftverk är vanligtvis differential- förs mellan torn och fundament krävs en ende på tillverkare. Det kan till exempel förskjutningar. Kraven som ska uppfyllas omfattande armering vid infästningen. vara en stålring med ett bultförband, där formuleras olika för olika tillverkare, där Sprickviddsbegränsning blir ofta styrande bultar gjuts in i betongfundamentet och vissa använder en maximalt tillåten diffe- med stora mängder armering. Vidare utsedan passar i en stålring i nederkant torn. rentialförskjutning direkt, till exempel 1 sätts infästningen för en oscillerande römm/m, medan andra använder ett minsta relse i vertikalled på grund av rotorblatillåtet värde på rotationsstyvheten. Rota- dens rotation. Även för denna måste arArtikelförfattare är Lars Johansson, tionsstyvheten definieras som den modul meras för att inte sprickbildning ska upptekn lic, geotekniker, och Erik som kan räknas fram med hjälp av den ro- stå i överkanten. Olika typer av infästning Wahlström, civilingenjör, Ramböll tation (vertikalförskjutning) som funda- ger också upphov till olika erforderlig Sverige AB, Malmö. mentet får för en viss momentbelastning. mängd armering beroende på i vilken ut74
Bygg & teknik 1/10