Pasternakin alustamallin soveltaminen merituulivoimalaitoksen suunnittelussa

Wind power has been already used in Finland for a long time even though its share of power production is small compare to both nuclear power and oil fossil fuel. Use of wind power increases every year and so does its share of power production. Finland's long coast makes possible to build wind turbines in sea where wind conditions are better than at land. As wind turbines are built in sea economic cost and financial risk increase. A good modelling in design gives opportune to optimize life cycle, structures and maintaining cost. Wind turbines are usually found on rigid rock on dry land however that is not the case always in sea thus modelling deformable soil is required. The wind turbine in this master' thesis is designed to found on caisson therefore mass of caisson must be enough to withstand the wind turbine still under loads. Otherwise like on dry land, the soil is not rigid rock and mass of caisson can be problematic to soil bearing capacity. In order to be possible to optimize, good modelling techniques for caisson and soil interface are needed. Parameters which affect soil bearing capacity are examined in this master's thesis. Also estimation is done whether soil collapse or not under pre-designed caisson mass and external loads. Pasternak's model is evaluated how realistic is for modelling sea bead. Plaxis 3D FEM software is used for evaluation and hardening soil model for material. Pasternak model is a simple soil model which is really easy to implement using FEM software. Advantages of use of Pasternak model are that it is easy to implement, it is flexible and it would be possible to use same FEM software for soil and structure.Suomessa tuulivoimaa on pitkään hyväksikäytetty maalla vaikkakin sen energiantuotannon osuus on pieni verrattuna ydinvoiman ja fossiilisten polttoaineiden käyttöön. Tuulivoiman käyttö lisääntyy vuosittain ja energiantuottajana sen osuus kasvaa. Suomen pitkä rantaviiva mahdollistaa tuulivoimalaitosten rakentamisen myös merelle, jossa tuuliolosuhteet ovat paremmat kuin maalla. Merelle perustaessa kustannukset ovat suurempia kuin maalla ja taloudelliset riskit kasvavat samalla. Tällöin optimointi muun muassa rakenteiden eliniässä, rakenteiden koossa ja huoltotoimenpiteissä laskevat kustannuksia. Tuulivoimalaitokset perustetaan maalla yleensä peruskallioon, joka on hyvin jäykkä alusta. Merellä ei ole aina mahdollista rakentaa peruskallion päälle, jonka seurauksena on osattava arvioida maan käyttäytymistä suunnitteluohjelmistojen avulla. Diplomityössä käsiteltävät merituulivoimalaitokset perustetaan kasuunin päälle, jolloin kasuunin massan on oltava riittävä pitämään tuulivoimalaitoksen pystyssä ja paikoillaan. Toisin kuin maalla, nyt perustamisalusta ei ole jäykkä peruskallio, jolloin ongelmaksi saattaa tulia maan kantokyky. Jotta rakenteiden optimointia on mahdollista, tarvitaan kasuunin ja maaperän rajapinnasta tarkka mallinnustekniikka. Työssä tutkitaan, mitkä asiat vaikuttavat maaperän kantokykyyn. Onko maaperän kantokyky riittävä esisuunnitellulle kasuunin massalle ja tuulivoimalan ulkoisille kuormituksille. Työssä tutkitaan Pasternakin alustamallin todenmukaisuutta maamallina. Vertailulaskelmat suoritetaan Plaxis 3D -elementtiohjelmistolla, jossa käytetään Hardening Soil -materiaalimallia. Pasternakin alustamalli on yksinkertainen maamalli, joka on helppo toteuttaa rakenteiden suunnitteluun tarkoitetuilla elementtiohjelmistoilla. Pasternakin alustamallin käytössä etuna olisi helppo toteutus, muokattavuus ja tällöin tavoite siitä, että maan sekä rakenteiden suunnittelussa käytettäisiin samaa elementtiohjelmistoa, toteutuisi