Studii universitare de doctorat în specializarea [610376]

Universitatea Tehnică de Construcții București
Facultatea de Construcții Civile Industriale și Agricole
Studii universitare de doctorat în specializarea
“Inginerie Seismică și Siguranța Construcțiilor”

Cuprins

Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 2
1. Soluții constructive pentru turnurile generatoarelor eoliene de curent electric ……….. 2
1.1. Turnuri metalice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 3
1.2. Turnuri din beton, turnuri hibride și turnuri din lem n ………………………….. ……….. 4
2. Soluții de fundare a generatoarelor eoliene de curent electric ………………………….. …….. 5
2.1. Fundații directe (radier general) și fundații indirecte pe piloți …………………………. 7
2.2. Lucrări de îmbunătățire a solului ………………………….. ………………………….. …………. 10
3. Urmărirea comportării în timp a ansamblului funda ție-turn a generatoarelor eoliene
de curent electric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 11
4. Constrângeri de amplasament cauzate de acumulările de gheață ………………………….. 14
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 19
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 21

2
Intro ducere

Teritoriul României prezintă un potențial energetic eolian favorabil în zona de litoral a
Mării Negre, inclusiv în zona mării teritoriale, în zonele montane și de podiș din Moldova sau
Dobrogea. Totodată, se pot identifica amplasamente adecvate dacă se urm ărește exploatarea
efectelor de curgere peste dealuri sau de canalizare a curenților de aer.
Articolul , structurat în trei părți, este realizat într -o perioadă de schimbare, când
generatoarele eoliene de curent electric devin mai puternice, mai înalte și prezintă în prima
parte criterii privind soluțiile de fundare , respectiv soluțiile constructive a turnurilor
generatoarelor eoliene de curent electric cu înălțimi mari.
Stabilirea soluției de fundare este uneori ușoară și evidentă, dar poate fi, de aseme nea,
foarte dificilă în cazul în care pot fi aplicate mai multe soluții, pentru care nu există criterii
sau rutină; în aceste condiții munca inginerului devine o problemă de talent, cultură tehnică,
intuiție și simț practic [4].
În partea a doua sunt conturate elementele urmărir ii comportării în timp, începând din
faza de execuție și în continuare pe toată durata de viață a investiției, a suprastructurii cât și
infrastructurii generatoarelor eoliene de curent electric.
Constrânger ile legate de funcționarea turbinelor eoliene, expunerea proprietarilor de
terenuri, a operatorilor și a publicului larg la riscurile de gheață aruncată datorate fenomenelor
naturale din anotimpul rece nu sunt de obicei luate în considerare în faza de plan ificare a unui
proiect eolian. Acestea sunt tratate în a ultima parte .
Concluziile cuprind rezultatele obținute și propu neri de noi direcții de continuare a
cercetării. Observațiile contribuie la creșterea nivelului de cunoaștere a posibilităților de
amplasare a generatoarelor eoliene pe teritoriul României, o preocupare relevantă pentru
societatea actuală.

1. Soluții constructive pentru turnurile generatoarelor eoliene de curent electric

Pentru turnurile generatoarelor eoliene de curent electric există mai multe alternative
de construire – turnuri metalice tronconice alcătuite din tronsoane îmbinate prin flanșe,
carcase metalice cu dispozitive de blocare, turnuri din beton, turnuri hibride din beton și oțel,
turnuri din lemn și turnuri din grinzi cu zăbrele.
Alternativele din metal sunt predispuse oboselii. Calculul de verificare la oboseală
dictând de cele mai multe ori dimensiunile finale ale turnului. Turnurile din beton și lemn nu
sunt considerate a fi sensibile la oboseală.
În cazul dezafectării reziduurile de metal pot fi valorificate, deși acest venit nu
acoperă, în general, costul de dezmembrare și de restaurare a amplasamentului [9], [25]. După
demolare, betonul poate fi folosit ca material de umplutură. Lemnul poate fi reciclat cu
ușurință atunci când apare necesară o astfel de acțiune .

3
1.1.Turnuri metalice

Toate aceste variante sunt într -o continuă dezvoltare, dar turnurile de tip turnuri
metalice tronconice alcătuite din tronsoane îmbinate prin flanșe domină piața turbinelor
eoliene. Limitarea diametrului bazei turnului în acest caz este datorată restricțiilor impuse de
transportul rutier. Reducerea diametrului este posibilă prin creșterea grosimilor foilor de tablă
utilizate. Această abordare duce in evitabil la o creștere a masei, turnurile devenind
neeconomice în comparație cu alte alternative.
În cazul turnurilor din carcase metalice cu dispozitive de blocare problemele de
transport sunt reduse, elementele ce compun turnurile fiind transportate indi vidual și
asamblate în amplasament.
Principalul avantaj al turnurilor din carcase metalice cu dispozitive de blocare este că
pot fi construite fără nici o restricție privind diametrul. În antiteză , asamblarea în
amplasament poate fi costisitoare, la fel și activitatea de întreținere , îmbinările necesitând
controale regulate.
Execuția trebuie realizată cu un grad ridicat de precizie, fii nd necesar personal
specializat, echipament și utilaj greu.
Frecvența (în Hertz – Hz) unui generator eolian este obținut ă prin împărțirea turbinelor
vitezei unghiulare (în rotații pe minut – rpm) la șaizeci. Turbinele existente pe piață
funcționează între 14 și 31,4 rpm, valori care corespund frecvențelor de funcționare între 0,23
și 0,52 Hz.
Evitarea fenomenului de rezonan ță se realizează prin alegerea unei frecvențe naturale a
turnului superioară frecvenței rotorului în orice moment din intervalul de funcționare a
generatorului eolian.
Se recomandă:

unde:
– fn este frecvența naturală a tur nului,
– fr este frecvența naturală a rotorului.
În Tabelul 2 sunt prezentate valori optime pentru un turn metalic tronconic cu o
înălțime totală de 80 m. Diametrul la baza turnului este de 4,5 m. Asamblarea tronsoanele este
realizată prin flanșe, cu șuruburi. Instalarea turnului începe cu montarea primul tronson p e
fundația turnului, iar în următoarele etape de montaj se instalează succesiv următoarele
tronsoane. În vârful turnului se montează generatorul eolian compus din rotor și nacelă.

Parametrul [u.m .] Valoare
Viteza de referință a vântului [m/s] 50,00
Conicitatea turnului [m/m] 0,0069
Constanta gravitațională [m/s2] 9,81
Greutatea specifică a oțelului [N/m3] 77108,00

4
Parametrul [u.m .] Valoare
Limita de curgere a oțelului [MPa] 345,00
Modulul de elasticitate a oțelului [GPa] 210,00
Densitatea oțelului [kg/m3] 7850 ,00
Densitatea aerului [kg/m3] 1225,00
Înălțimea turnului [m] 80,00
Volumul turnului [m3] 35,00
Masa turnului [kg] 274,9 0
Volumul fundației [m3] 192,3 0
Masa fundației [to] 471,1 0
Frecvența naturală a turnului [Hz] 0,67
Coeficientul de răspuns dinamic 1,11
Înălțimea nacelei [m] 4,00
Lungimea nacelei [m] 10,40
Lățimea nacelei [m] 3,40
Frecvența rotorului [Hz] 0,316
Tab. 2. Parametrii pentru un turn metalic tronconic cu o înălțime totală de 80 m

Turnurile din grinzi cu zăbrele prezintă o greutate redusă față de soluțiile anterioare,
făcându -le economice. Dezavantajele sunt date de:
– în caz de urgență evacuarea nacelei se realizează printr -o coardă , iar
numeroasele elemente ale unui turn cu zăbrele pot prezenta un pericol suplimentar;
– dimensiunile în plan ale bazei sunt foarte mari;
– numărul de îmbinări este foarte mare și necesită verificare a cu periodicitate
ridicată ;
– proprietățile dinamice sunt greu de controlat;
– în anotimpurile reci pot acumula mari cantități de gheață, în cazuri extreme
punând în pericol generatorul;
– un nivel acceptabil de siguranță pentru personalul de întreținere este greu de
obținut.
– calitățile vizuale sunt controversate.

1.2.Turnuri din beton, turnuri hibride și turnuri din lemn

Turnurile de beton pot fi construite în amplasament cât și transportate ca elemente
prefabricate, dacă sunt turnate în dimensiuni care permit transportul.
Turnurile din beton sunt capabile să absoarbă momentele de încovoiere mari de la
partea inferioară într -un mod economic.

5
Comparativ cu turnurile metalice, turnurile din beton au o greutate mult mai mare, iar
instalarea necesită o durată mult mai lungă , dar e lementele de beton obținute se pot încadra în
limitele restricțiilor de transport.
Turnurile hibride, cu o structură din beton pentru secțiunea inferioară și o structură
metalică pentru partea superioară, oferă proiectantului posibilitatea optimizării spectr ului de
frecvențe a structurii.
Lemnul e ste de asemenea cunoscut, în general, ca fiind un material de construcție
economic rezistent la oboseală și flambaj.
Până în prezent un singur turn a fost construit folosind materialul lemnos. Acesta are o
înălțime de 100 m, forma octogonală și o greutate de 192 tone. Generatorul este Vensys 77 cu
o greutate de 100 tone [24].

Fig. 22. Turn din lemn www.timbertower.de [24]

2. Soluții de fundare a generatoarelor eoliene de curent electric

Fundația are rolul de a asigura stabilitatea turbinei eoliene și o presiune de contact cu
terenul de fundare în limitele capacității portante a acestuia pe parcursul duratei de existență a
acesteia.
Cele mai importante sarcini provin din vânt. Datorită în ălțimii turnului, structura este
solicitată la momente de încovoiere foarte mari.
Există multe soluții de fundare pentru o turbină eoliană, împărțite în două categorii:
fundații directe și indirecte. Pentru a realiza încastrarea turnului generatorului eolian trebuie
să existe o interfață, realizată printr -un element de conexiune, care l eagă turnul de fundație.
Această interfață este încorporată în fundația masivă de beton armat în cazul ambelor

6
categorii de fundații. Modul în care această interfață este realizată poate decide soluția
constructivă a fundației. Acest element are diferite s oluții constructive, neexistând o soluție
universal acceptată. Elementele de conexiune des întâlnite sunt realizate fie folosind un
element inelar din oțel, care este încorporat în fundația de beton, legătura cu turnul făcându -se
printr -o flanșă dispusă pe acest inel, fie folosind un sistem de încastrare din carcase cu
buloane de ancoraj.

Fig. 2 3. Stânga: element inelar din oțel, cu flanșe.
Dreapta: sistem de încastrare din carcase cu buloane de ancoraj.

Proiectarea își propune stabilirea dimensiunilo r și soluțiilor constructive adecvate și
sigure având în vedere condițiile din amplasament și durata de viață specificată a investiției.
Proiectarea structurilor pentru generatoarele eoliene de curent trebuie să țină cont de
următoarele criterii [4]:
– structura trebuie să fie stabilă;
– nu trebuie depășită rezistența materialului;
– funcția structurii trebuie să fie îndeplinită și menținută pe întreaga durată de viată a
acesteia.
– structura trebuie să fie plăcută din punct de vedere estetic;
– structur a trebuie să fie rezistentă împotriva factorilor externi, cum ar fi incendiile,
cutremurele, inundațiile, temperaturilor extreme cât și variațiilor de temperatură,
umiditate, etc.
Pentru a efectua astfel de analize este indicată folosirea de programe pentr u computere
dedicate. Analizele efectuate pe calculator impun acordarea de atenție deosebită rezultatului și
plauzibilității acestuia și implică un consum mai mare de timp în realizarea virtuală a
modelului, simplificările care apar necesare de implementat asupra parametrilor de intrare
putând duce la o deteriorare a rezultatului final. Dacă acest dezavantaj este gestionat

7
corespunzător utilizarea programelor de calculator va oferi o imagine de ansamblu greu de
obținut folosind alte mijloace, într -un timp scurt.

2.1.Fundații directe (radier general) și fundații indirecte pe piloți

Obținerea unei presiuni de contact cu terenul de fundare în limitele capacității portante
a acestuia, este realizată print -un radier general cu suprafața mare.
Tasările trebuie men ținute la un nivel scăzut pentru a asigura verticalitatea structurii.
Din acest motiv această soluție este potrivită în zone cu soluri care nu prezintă tasări mari.
Forma geometrică aleasă este de cilindru sau prismă patrulateră regulată, iar materialul
de construcție este aproape exclusiv beton armat.

Fig. 24. Fundație cilindrică și element de conexiune, care realizează legătura dintre turn și fundație

Grosimea radierului trebuie să fie suficient de mare pentru a împiedica turnul să se
răstoarne.
Datorită acțiunii vântului asupra turnului, apar momente de încovoiere semnificative în
radier. Zonele expuse la solicitările de întindere trebuie armate corespunzător. În general,
apare necesitatea suplimentării armăturii inferioare a plăcii.
Grosimea ra dierului este dictată de necesitatea obținerii rezistenței la forfecare și de
dimensiunea elementului de conexiune, care realizează legătura dintre turn și fundație. Dacă
soluția aleasă pentru realizarea elementului de interfața este de tip "inel" sau "car casă", apare
necesară analiza forțelor de la partea inferioară și superioară a flanșei din interfață. Momentul
de încovoiere poate genera atât forțe de întindere, cât și forțe de compresiune, deasupra și sub
inel, care pot implica suplimentarea armăturii.
Două soluții de fundare sunt adoptate frecvent în cadrul fundațiilor directe :
– grosimea radierului este redusă și dimensiunile în plan sunt mărite la valori
suficiente pentru a preveni răsturnarea. Acest tip de fundație are avantajul că este
destul de ușor de construit având un volum redus de excavații.
– realizarea fundației la adâncimi de fundare mai mari și acoperirea acesteia cu
pământ. Dimensiunile în plan sunt astfel mai mici decât în primul caz, fapt care

8
duce la un consum mai redus de beton, însă solu ția necesită lucrări importante de
excavații și umpluturi.
Piloții sunt elemente structurale de fundare în adâncime, caracterizate printr -un raport
mare (de obicei peste 15) între lungimea și latura secțiunii transversale sau diametru. Legătura
dintre pilo ți și radier este importantă pentru distribuția forțelor și momentelor.
Radierul nu lipsește în cazul fundațiilor indirecte pe pi loți, dar scopul lui este redus la
asigurarea legăturii între piloți și turn. Aceasta permite reducerea dimensiunilor turnului cât și
a radierului.

Fig. 25. Plan instalare piloți fundație eoliană, cu roșu: piloți de probă.

După modul de execuție, piloții pot fi:
– prefabricați;
– executați pe loc.
Piloții prefabricați se instalează în teren prin:
– batere;
– vibrare;
– presare (vibropresare);
– înșurubare.

9

Fig. 26. Piloți flotanți prefabricați instalați în teren prin batere

Piloții executați pe loc se realizează prin:
– forare;
– batere;
– vibrare;
– vibropresare.
După mărimea diametrului, piloții executați pe loc pot fi:
– cu diametrul mic (cu diametrul mai mic de 600 mm);
– cu diametrul mare (cu diametrul de 600 mm sau mai mare).
Deoarece fundațiile generatoarelor eoliene transmit terenului încărcări transversale
mari, se recomandă utilizarea piloților forați de diametru mare .
După modul de transmitere a încărcărilor axiale la teren, piloții pot fi:
– purtători pe vârf;
– flotanți.
Fundarea piloților purtători pe vârf se adoptă în cazul în care terenul de fundare
cuprinde straturi practic incompresibile la o adâncime accesibilă tipului de pilot utilizat. În
cuprinsul zonei active, trebuie să se verifice dacă sub stratul în care se găsesc vârfurile
piloților, nu există un strat sau o lentilă compresibilă care ar putea produce tasarea întregii
fundații pe piloți. În cazul prezenței unui asemenea strat, piloții trebuie considerați flotanți.
În alegerea tipului de pilot, inclusiv calitatea materialului pilotului și metoda de punere
în operă, trebuie să se țină seama și de următoarele aspecte:
– încărcarea ce trebuie preluată de piloți;
– posibilitatea conservării și verificării integrității piloților care sunt puși în operă;
– tipul, alcătuirea și deformațiile admisibile ale construcției proiectate;

10
– condițiile specifice amplasamentului: vecinătăți, instalații subterane etc.;
– lungimea necesa ră a piloților;
– nivelul apelor subterane și variația acestuia;
– utilaje de execuție avute la dispoziție;
– viteza de execuție;
– experiența locală în privința comportării construcțiilor similare fundate pe piloți de
un anumit tip.
Pentru optimizare, în proiecta rea unei fundații pentru turbine se poate aplica un proces
iterativ care poate fi descris, în linii mari, de trei etape:
– alegerea soluției de fundare;
– proiectarea geotehnică a fundației;
– proiectarea structurală.
Stabilirea soluției de fundare este uneori u șoară și evidentă, dar poate fi, de asemenea,
foarte dificilă în cazul în care pot fi aplicate mai multe soluții, pentru care nu există criterii
sau rutină; în aceste condiții munca inginerului devine o problemă de talent, cultură tehnică,
intuiție și simț practic [4].
Deoarece la elementele masive de beton armat, cu o acoperire mare de beton a
armăturilor, riscul de apariție a fisurilor este pronunțat, în ultimele etape ale activității de
proiectare se efectuează un calcul de deschidere a fisurilor. Dacă acestea se află în intervale
periculoase, procentul de armare trebuie mărit. O altă soluție este alegerea unei calități
superioare a betonului folosit. Această soluție are dezavantajul unui cost ridicat și o creștere a
contracției betonului.
În ultima etap a se realizează calculul la starea limită de oboseală. Verificarea rezistenței
la oboseală se face atât pentru beton cât și pentru armătură. Dacă rezultatele obținute nu sunt
satisfăcătoare, opțiunile pentru asigurarea capacității de rezistență la oboseală sunt limitate
deoarece calculul este guvernat de numărul de cicluri la care este supusă structura și de
mărimea forțelor ce acționează asupra ei. Evident, primul parametru nu poate fi modificat, și
asta duce la redimensionarea fundației reluând pașii de m ai sus.
O alternativă este creșterea procentului de armare a fundației.

2.2. Lucrări de îmbunătățire a solului

Dacă solul nu are proprietățile suficiente, acesta poate fi îmbunătățit. Proprietățile care
pot fi ajustate sunt rigiditatea, rezistența la forfecare, permeabilitatea sau omogenitatea
solului.
Există multe soluții diferite pentru a face acest lucru, dintre care cele mai comune
fiind:
– compactări de adâncime prin vibrare pentru îndesarea terenului existent;
– coloane din material granular vibrate pentru a forma o structură rigidă a terenului
prin introducerea materialului granular care este, la rândul lui, îndesat.
Aceste lucrări pot fi realizate folosind diferite metode:

11
– metode în care vibratoarele de adâncime, care conțin mase oscilante ce provo acă
vibrații orizontale sunt introduse în pământ;
– metode în care tijele de compactare sunt introduse în pământ folosind un vibrator
care rămâne la suprafața terenului și care, în cele mai multe cazuri, oscilează
vertical.
– metode în care coloane de nisip sa u piatră sunt instalate prin metoda introducerii
tubulaturii prin batere sau cu un vibrator atașat pe capul acestuia;
– metode în care coloane foarte rigide se formează fie prin adaosul de ciment la
materialul granular fie prin folosirea betonului sau a altu i liant;
– compactarea dinamică;
– compactarea prin explozii.

3. Urmărirea comportării în timp a ansamblului fundație -turn a generatoarelor
eoliene de curent electric

Urmărirea comportării în timp a construcțiilor este impusă de necesitatea menținerii
siguranței și funcționalității construcțiilor și se desfășoară pe toată perioada de viață a
construcției începând cu execuția ei. Este o activitate sistematică de culegere și valorificare a
informațiilor rezultate din observare și măsurători asupra unor fe nomene și mărimi ce
caracterizează proprietățile construcțiilor în procesul de interacțiune cu mediul ambiant și
tehnologic, ce definesc starea și evoluția stării de siguranță a construcțiilor , în raport cu
acțiunile la care sunt supuse.
Efectuarea acțiuni lor de urmărire a comportării în timp a construcțiilor se execută în
vederea satisfacerii prevederilor privind menținerea cerințelor de rezistență , stabilitate și
durabilitate ale construcțiilor .
Urmărirea comportării în timp a construcțiilor se desfășoară încă din faza de execuție a
investiției și se concretizeaz ă sub dou ă forme:
-urmărire curent ă;
-urmărire special ă.
Cele dou ă forme de urm ărire a comport ării construcțiilor se completeaz ă reciproc:
instituirea urm ăririi speciale nu întrerupe efectuarea urm ăririi curente.
Aceast ă activitate are un caracter permanent, durata ei coincide cu durata de existenț ă
fizică a construcției respective și se aplic ă tuturor construcțiilor, indiferent de forma de
proprietate. Categoria de urm ărire, perioadele la care se realizeaz ă, precum și metodologia de
efectuare a acestora se stabilesc de c ătre proiectant sau expert, în funcție de categoria de
importanț ă a construcțiilor.
Urmărirea comportării în timp a construcțiilor furnizează informații care să permită:
-apreciere a sau/și evaluarea rapidă și obiectivă a stării de siguranță a construcțiilor ;
-prevenirea accidentelor și avariilor la construcții sau a consecințelor lor, prin
clarificări asupra genezei și proceselor de evoluție a unor fenomene;
-confirmarea ipotezelor de calcul și îmbunătățirea cunoștințelor de proiectare ;

12
-sesizarea apariției necesității execuției lucrărilor de intervenții , remedieri, reparații în
vederea păs trării unei s tări corespunză toare în exploa tare;
-furnizarea datelor necesare reevaluării periodice a stării de siguranță a construcției .
Pentru ca activitatea de urmărire a comportării construcțiilor să se desfășoare eficient,
proiectarea și implementarea unui sistem de urmărire în timp a structurilor generatoarelor
eoliene de curent electric este necesară.
Instrucțiunile de urmărire cure ntă a comportării vor cuprinde :
– fenomene urmărite prin observații vizuale sau cu dispozitive simple de măsurare;
– zonele de observație și punctele de măsurare;
– amenajările necesare pentru dispozitivele de măsurare sau observații (scări de acces,
balustrade, platforme etc);
– programul de măsurători, prelucrări, interpretări, inclusiv cazurile în care observațiile
sau măsurările se fac în afara periodicității stabilite;
– modul de înregistrare și păstrare a datelor;
– modul de prelucrare primară;
– modalități de transmitere a datelor pentru interpretarea și luarea de decizii;
– responsabilitatea luării de decizii de intervenție;
– procedura de atenționare și alarmare a populației în cazul constatării posibilității sau
iminenței producerii unei avarii.
Prezenta lucrare, propune ca pentru generatoarele eoliene de curent electric să se supună
urmăririi comportării în exploatare atât elementele suprastructurii cât și infrast ructurii.
Se vor urmări:
– fisuri și crăpături în fundații , îndeosebi în zona reazemului central al turnului;
– striviri în zona de rezemare a turnului;
– exfolieri, carbonatări, mai ales în zona instalațiilor ;
– coroziuni, pete de rugină, armături aparente si rug inite;
– degradări ale protecției anticorozive și la foc dacă este cazul;
– deformațiile verticale ( săgețile ) principalelor elemente structurale metalice;
– deplasările orizontale transversale;
– apariția unor fisuri (eventuale crăpături) în elementele structurale (cordoanele de
sudură , respectiv materialul de bază);
– exfolieri ale materialului de bază;
– strângerea șuruburilor din îmbinări;
– deformații peste cele admise la console, montanți ;
– dislocări și dezaxări în nodurile de rezemare;
– deformații laterale, răsuciri, voalări locale, tendința de răsucire – răsturnare la console
și montanți ;
– dereglarea sau blocarea funcționării unor utilaje condiționate de poziția lor (lifturi);
– efecte secundare ca înțepenirea ușilor de acces în turn sau blocare în f uncționarea
utilajelor, distorsionarea traseelor tehnologice ;
– schimbări în gradul de protecție și confort oferite de construcție sub aspectul
etanșeității , al izola țiilor fonice, termice, hidrofuge, antivibratorii, antifoc, antiradiante

13
sau sub aspect este tic, manifestate prin umezirea suprafețelor , infiltrații de apă, apariția
izvoarelor în zonă, înmuierea materialelor constructive, lichefieri ale pământului după
cutremure, exfolierea sau crăparea straturilor de protecție , schimbarea culorii
suprafețelor, apariția condensului, ciupercilor, mucegaiurilor, efectele nocive ale
vibrațiilor și zgomotului asupra oamenilor și viețuitoarelor , manifestate prin stări
mergând până la îmbolnăvire etc.
Verificarea urmăririi comportării în timp în baza unui program a fundației și a
turnului, este necesară pentru evitarea riscului de prăbușire a turbinei sau dislocării de
elemente în cazul fenomenelor meteorologice extreme.
Este indicat ca în timpul execuției, intervalele între măsurători să corespundă unui
spor de încă rcare a terenului de fundare egal cu un sfert din încărcarea totală prevăzută prin
proiect.
În timpul exploatării, măsurătorile privind tasarea fundației turbinei se vor face la
intervale de 3 luni în anul doi, la 6 luni în anul trei și apoi din an în an, până la completa
stingere a tasărilor.

Nr.
crt. Obiectul Fenomenele care se
urmăresc Periodicitatea
controlului
1 2 3 4
1 Fundație turbină și turn
– prinderile turnului
în fundație;
-deplasări verticale
sau orizontale -lunar în anul I
-trimestrial în anul II
-semestrial în anul III
-după evenimente deosebite(cutremur,
explozii, ploi torențiale )
-din anul IV minim odată pe an la
alegere primăvara sau toamna
Tab. 3. Programul de urmărire a comportării în timp a ansamblului fundație – turn turbină

Având în vedere dimensiunile construcției se recomandă ca inspecțiile tehnice și
măsurătorile aferente să fie efectuate de preferință în perioadele imediat înainte și după
sezonul friguros și a perioadelor de viitură (15 septembrie – 30 octombrie;15 febru arie – 30
martie), și în mod obligatoriu după producerea unor evenimente deosebite (seism, inundații ,
incendii, explozii, alunecări de teren, etc.).
Pentru o evaluare corectă este necesară urmărirea periodică, a întregii investiții, în
cadrul realizării activităților cu funcție de întreținere și asigurare a fiabilității.
Perioada Activit ăți de întreținere
Lunar Verific ări, monitorizarea turbinelor eoliene și a infrastructurii
amplasamentului incluz ând echipamentul de control, sistemul
electric de transformare și transport a energiei .

14
Perioada Activit ăți de întreținere
Semestrial Sistemul hidraulic. Inspec ția mecanismelor de fr ânare, nivel ul de
ulei, filtre ulei.
Anual Examin ări ale subansamblelor turbinei: pale, rotor, componente.
5 ani Service complet al componentelor turbinei, lucr ări anticoroziune.
Tab. 4. Activități de întreținere propuse în cadrul parcului eolian

4. Constrângeri de amplasament cauzate de acumulările de gheață

Aspectele de siguranță ale construcției și funcționării unei turbine eoliene pot fi
împărțite în cele care afectează siguranța personalului care lucrează pe amplasament și în cele
care afectează siguranța trecătorilor. Considerațiile cele mai neobișnuite privind siguranța este
posibilitatea îndepărtată a unui muncitor sau, probabil, a unui trecător de a fi lovit de resturile
aruncate de palele turbinelor eoliene. Această probabilitate poate necesita stabilirea, în jurul
fiecărei turbine eoliene, a unei zon e de siguranță cu scopul de a proteja trecătorii .
Dimensiunea zonei ar varia în funcție de caracteristicile fiecărui parc eolian, iar activități care
ar permite oamenilor să petreacă perioade lungi de timp în zonele de protecție ar putea fi
excluse.
Formar ea de chiciură ar putea afecta și funcționarea turbinelor eoliene. Pentru a
preveni desprinderea gheții și aruncarea acesteia la distanțe mari poată fi luată în calcul
posibilitatea ca generatoarele eoliene să fie oprite dacă gheața începe să se acumuleze pe
palele acestora sau echiparea acestora cu dispozitive de degivrare, sau aplicarea de pelicule
care să împiedice formarea gheții. Prezența pericolelor de formare a gheții pe elementele
generatorului eolian ar putea limita accesul tehnicienilor pentru act ivitățile de întreținere.
Atunci când gheața se acumulează pe o turbină eoliană, pot apărea două tipuri de
pericole:
– fragmentele de gheață sunt aruncate de pe pale , atunci când generatorul eolian este
pornit , din cauza forțelor centrifuge și aerodinamice ;
– fragmentele de gheață cad de pe generatorul eolian de curent electric datorită căldurii
degajate de elementele interioare , sau acțiunii exterioare a razelor solare.
Pericole legate de îngheț, cum ar fi aruncarea sau căderea gheții apar cu probabilitate
ridicată când temperaturile negative înregistrate cresc și devin apropiate sau mai mari de 0° C.
Gheața formată pe elementele generatorului eolian tinde să se desprindă și din cauza
vibrațiilor mici sau îndoirii palelor la acțiunea vâ ntului .
Atunci când o turbină este în funcțiune , gheața desprinsă de pe palele în mișcare poate
fi proiectat ă la distanțe semnificative de generatorul eolian de curent electric . Direcția
vântului, viteza vântului, viteza de rotație a palelor precum și pozi ția și dimensiunea
fragmentelor de gheață pe pală vor influența poziția de aterizare bucăților de gheață detașate.

15
Primul studiu care a abordat această problemă a fost realizat de Morgan și Bossanyi
(1996) în cadrul proiectului "Energia eoliană în zone rec i", coordonat de Institutul
Meteorologic Finlandez . Unul din obiectivele studiului a fost de a identifica distanțele minime
de siguranță pentru generatoarele eoliene de curent electric față de drumuri publice, case și
alte structuri.
Factorii care au det erminat gheața să devină un pericol din partea turbinelor eoliene,
conform studiului, au inclus:
– viteza de rotație (în special viteza vârfului palei);
– poziția gheții pe pală;
– geometria palelor;
– viteza vântului;
– portanța fragmentelor de gheață;
– interacțiunea dintre pale și fragmentele de gheață .
Datorită interacțiunii dintre pale și fragmentele de gheață este improbabil ca bucăți de
gheață să fie catapultate în timp ce palele au o traiectorie ascendentă. În lucrare, doar
fragmentele de gheață ca re se detașează în timp ce pala se deplasează în sus sunt afectate de
interacțiunea dintre pale și fragmentele de gheață. Contactul fragmentelor cu pala se pierde
când acestea ajung la vârful palei sau când pala își începe mișcarea descendentă. În acest c az
acestea sunt propulsate la un unghi de 45⁰ față de orizontală.
Propulsia cea mai mare este întâlnită la fragmentele care p ărăsesc vârful palei când
aceasta este orientată vertical în jos. Viteza cu care fragmentele de gheață cu o masă de 1kg
sunt arunc ate la viteza vântului de 13 m/s, de pe o turbină având pale de 25m și un turn de
40m, fără a considera efectul de propulsie generat de interacțiunea cu pala este de 40 m/s
(având în vedere acest efect, viteza fragmentului crește la 60 m/s).
Ipotezele stud iului au inclus:
– probabilitatea de desprindere a fragmentelor de gheață este egală în orice poziție a
palei;
– probabilitatea de detașare a fragmentelor de gheață la vârful palei este de trei ori mai
mare decât la axul rotorului;
– fragmentele de gheață au o masă de 1 kilogram;
– rotorul este blocat când viteza vântului este în afara intervalului de 5 -25 m/s;
– viteza de rotație a rotorului este de 25 rot/min;
Lucrarea identifică un prag de siguranță, dincolo de care există un risc neglijabil de
rănire ca uzată de aruncarea gheții, de 200 ÷250 de metri [6].
În 1998, Morgan și Bossanyi1 au colaborat Seifert de la DEWI2 pentru a genera un al
doilea studiu pentru proiectul "Energia eoliană în zonele cu climă rece"3, intitulat "Evaluarea
riscurilor de siguranță generate de generatoarele eoliene de curent electric ". Unul dintre cele

1 Colin Morgan, Ervin Bossanyi, Garrad Hassan and Partners Limited
2 Henry Seifert, Institutul German pentru Energie Eoliană
3 WECO , proiect parțial finanțat prin contractul JOR3 -CT95 -0014 din cadrul programului NonNuclear Energy
Programme gestionat de Comisia Europeană , DGXII, și de UK Department of Trade and Industry . Proiect
coordonat de Finnish Meteorological Institute cu DEWI (D) , Garrad Hassan (UK) , Risø (DK) și VTT (FI) în
calitate de contractori.

16
trei obiective centrale ale proiectului a fost de a elabora linii directoare privind siguranța
pentru dezvoltarea eoliană. Cercetătorii au estimat dis tanța de protecție la 250 de metri [7].
În anul 2003, Michael Durstewitz4 a publicat un raport intitulat "Probleme în zonele
cu climă rece", în cadrul unui studiu mai amplu " Generatoarele eoliene de curent electric în
zona rece : îmbunătățirea instrumentel or de amplas are, certificare și funcționare " [2]. Michael
Durstewitz a identificat două tipuri de formare a gheții pe turbinele eoliene, "ploaia
înghețată" și chiciura.
Din dorința de a evita construirea de drumuri de acces lungi și costisitoare pentru
activitățile de montaj și întreținere a generatoarelor eoliene de curent electric , acestea sunt
construite în apropierea drumurilor existente . Turbinele care se află în imediata vecinăta te a
drumurilor publice prezintă un risc de aruncare a gheții în persoanel e care tranzitează zona .
Viteza și direcția vântului joacă un rol semnificativ în traiectoria și distanța pe care o
poate parcurge un fragment de gheață. Fiecare turbină eoliană este echipată cu un
anemometru deasupra nacelei. Informațiile colectate de anemometrul turbinei pot fi utilizate
pentru a determina când un generator eolian ar trebui să fie oprit în cazul în care poziționarea
lui poate direcționa către un drum public fragmen tele de gheață.
Distanța maximă de aruncare a fragmentelor de gheață, când generatorul eolian este în
sarcină, poate fi determinată folosind formula empirică [10]:

unde:
este distanța maximă de aruncare a fragmentelor de gheață (m),
D este diametrul rotorului (m);
H este înălțimea axei rotorului (m).

4 Institut für Solare Energieversorgungstechnik, Germania

17

Fig. 27. Distanța maximă de aruncare a fragmentelor de gheață

Distanța maximă de cădere a fragmentelor de gheață pentru turbinele eoliene care nu
funcțione ază poate fi stabilită cu următoarea formulă empirică [8]:

unde:
este distanța maximă de cădere a fragmentelor de gheață (m),
D este diametrul rotorului (m);
H este înălțimea axei rotorului (m);
V este viteza vântului la înălțimea H (m).
Pentru stabilirea zonelor de siguranță în jurul turnurilor meteo rologice , distanța
maximă de cădere a fragmentelor de gheață poate fi calculată folosind formula [ 8]:

Ordinul Autoritații Naționale de Reglementare în domeniul Energiei nr. 49 din 29.11.
2007 , pentru modificarea și completarea ,, Normei tehnice privind delimitarea zonelor de
protecție și de siguranță aferente capacităților energetice – Revizia I” aprobată prin Ordinul
Ordinul Autoritații Naționale de Reglementare în domeniul Energiei nr. 4/2007 , impune
distanțe le de siguranță aferente centralelor eoliene . Acestea se regăsesc în Tabelul 5.

Tab. 5. Distanțe de siguranță aferente centralelor eoliene conform Ordinul ANRE nr. 49 din 29.11. 2007

18

Denumirea obiectivului învecinat cu
centrala eoliană Distanța de
protecție
m Distanța de
siguranță
m De unde se măsoară
distanța de siguranță
Drumuri publice de interes național sau
de interes județean 1) H2) + 3 m3) 4)
Drumuri publice comunale, drumuri
publice vicinale, drumuri de utilitate
privată 1) 5) 6) 4)
Căi ferate 1) H2) + 3 m7) 4)
LEA 1) H2) + 3 m 4)
Centrale eoliene 8) 1) 9) 4)
Linii aeriene de Tc 1) H2) + 3 m 4)
Conducte supraterane de fluide
inflamabile 1) H10) + 3 m 4)
Instalații de extracție petrol și gaze
naturale, de pompare petrol, stații de
reglare măsurare gaze naturale 1) H10) + 3 m11) 4)
Poduri 1) H2) + 3 m 12) 4)
Baraje, diguri 1) H2) + 3 m 4)
Clădiri locuite 1) H 13) 4)
Clădiri cu substanțe inflamabile, cu
pericol de explozie sau incendiu 1) H2) + 3 m 4)
Aeroporturi 1) 14) 4)
Instalații de emisie recepție Tc 1) 14) 4)
Locuri și clădiri istorice 1) 14) 4)
Zone cu flora sau/ și fauna protejate 1) 14) 4)
Terenuri de sport omologate 1) H2) + 3 m 4)
Parcaje auto pe platforme în aer liber 1) H2) + 3 m 4)
1) Conturul fundației pilonului de susținere plus 0,2 m împrejur
2) Înălțimea pilonului plus lungimea palei
3) Distanța până la axul drumului nu va fi mai mică de 50 m
4) Se măsoară de la marginea construcției supraterane; pentru o amenajare cu mai multe agregate
(fermă) se consideră distanța de la agregatul cel mai apropiat de obiectivul învecinat
5) Egală cu o lungime de pală, dar nu mai puțin de 30 m
6) Distanța centralei eoliene fată de drumul de utilitate privat ă propriu nu se normează
7) Distanța până la axul căii ferate nu va fi mai mică de 100 m
8) Amenajări eoliene cuprinzând unul sau mai multe agregate (fermă) aparținând altui operator
economic
9) Distanța dintre agregatul a cărui zonă de siguranță o stabilim și agregatul cel mai apropiat,
aparținând celeilalte ferme eoliene, va fi egală cu 7 x diametrul rotorului celui mai mare
agregat, atunci când acestea sunt dispuse pe direcția vântului predominant, respectiv cu 4 x

19
diametrul rotorului celui mai mare agregat, a tunci când acestea sunt dispuse perpendicular pe
direcția vântului predominant
10) Înălțimea pilonului x 1,5 plus lungimea palei
11) Dacă obiectivul este îngrădit, distanța de siguranță se măsoară până la îngrădire
12) După caz se stabilește distanța egală cu H + 3 m dacă peste pod trece un drum național , un
drum județean , sau o cale ferată, ținând seama și de notele 3), 7), respectiv o distanță egală cu o
lungime de pală, dar nu mai puțin de 30 m, dacă peste pod trece un drum comunal, un drum
vicinal sau un drum de utilitate privată
13) Înălțimea pilonului x 3; această distanță se poate reduce, față de zona de locuințe , cu acordul
comunității locale, până la o valoare minimă egală cu înălțime a pilonului plus lungimea palei +
3m; distanța instalației eoliene destinată satisfacerii consumului propriu al unei zone de
locuințe va fi cel puțin egală cu înălțimea pilonului plus lungimea palei + 3m; distanța
instalației eoliene proprii a unei locuinț e nu se normează
14) Se stabilește cu avizul autorităților competente, care sunt menționate în certificatul de
urbanism

Constrângerile legate de funcționarea turbinelor eoliene , expunerea proprietarilor de
terenuri, a operatorilor și a publicului larg la risc urile de gheață aruncată datorat e fenomenelor
naturale din anotimpul rece nu sunt de obicei luate în considerare în faza de planificare a unui
proiect eolian.
Ecuații le simplificate (2) și ( 3) sunt doar o estimare, dar pot fi folosite ca instrument
în planificarea poziției turbinelor eoliene , a căilor de comunicație sau a altor obiect ive.

Concluzii

Prezenta lucrare subliniază ne cesitatea urmăririi comportării în timp, începând din faza
de execuție și în continuare pe toată durata de viață a investiției, a elementelor suprastructurii
cât și infrastructurii generatoarelor eoliene de curent electric.
Pentru ca activitatea de urmărire a comportării construcțiilor să se desfășoare eficient,
proiectarea și implementarea unui sistem de urmărire în timp a structurilor generatoarelor
eoliene de curent electric este necesară.
Cu toate că normele tehnice naționale specifică rolul și obligațiile tuturor participanților
unei investiții de tip parc eolian, neîndeplinirea acestor obligații nu este sancționată și astfel,
aceste obligații sunt neglijate, iar unde sunt îndeplinite, rezultatele nu sunt valorificate prin
diseminarea lor , într -o manieră practică și accesibilă proiectării și mediul ui științific , cu
scopul de a crește grad ul de înțelegere a comportării structurilor și a forma o bază de date utilă
în perfecționarea modelelor de calcul privind fiabilitatea și siguranța structurilor.
Aspectele de siguranță ale construcției și funcționării unei turbine eoliene pot fi
împărțite în cele care afectează siguranța personalului care lucrează pe amplasament și în cele
care afectează siguranța trecătorilor. Considerațiile cele mai neobișnuite privind siguranța este
posibilitatea îndepărtată a unui muncitor sau, probabil, a unui trecăto r de a fi lovit de resturile
aruncate de palele turbinelor eoliene. Această probabilitate poate necesita stabilirea în jurul
fiecărei turbine eoliene a unei zone de siguranță cu scopul de a proteja trecătorii. Dimensiunea

20
zonei ar varia în funcție de carac teristicile fiecărui parc eolian, iar activități care ar permite
oamenilor să petreacă perioade lungi de timp în zonele de protecție ar putea fi excluse.
În prezent distanțele sunt reglementate doar prin Ordinu l ANRE nr. 49 din 29.11.
2007 , iar aceste di stanțe se dovedesc a fi mici dacă se consideră riscul asociat cu aruncarea
gheții de palele generatorului eolian.
Soluțiile constructive ale turnurilor și fundațiilor sunt descrise. Pentru turnuri
alternativele din metal sunt predispuse oboselii , calculul de verificare la oboseală dictând de
cele mai multe ori dimensiunile finale ale turnului. Turnurile din beton și lemn nu sunt
considerate a fi sensibile la oboseală.
Verificarea rezistenței la oboseală trebuie realizată nu doar pentru turn, dar și pentru
fundație, atât pentru beton cât și pentru armătură, în ultima etapă a fazei de proiectare.
Deoarece la elementele masive de beton armat, cu o acoperire mare de beton a
armăturilor riscul de apariție a fisurilor este pronunțat, tot în ultimele etape ale act ivității de
proiectare, se conduce un calcul de deschidere a fisurilor. Dacă acestea se află în intervale
periculoase, procentul de armare trebuie mărit. O altă soluție este alegerea unei calități
superioare a betonului folosit. Această soluție are dezavan tajul unui cost ridicat și o creștere a
contracției betonului.
Dezvoltatorii de parcuri eoliene sunt adesea reticenți în a fi specifici cu privire la
modelul real al turbinelor care urmează să fie utilizat, deoarece disponibilitatea pe piață,
costurile și tehnologia turbinelor se pot schimba în perioada dintre solicitarea avizelor,
autorizațiilor, permiselor și construcția efectivă. Cu toate acestea, vor avea de obicei o listă
scurtă de modele preferate pentru faza de studiu, iar documentațiile tehnice din faza de
autorizare ar trebui să includă detalii care să reprezinte "scenariul cel mai defavorabil".
Permisele, avizele, autorizațiile ar trebui, să conțină o condiție care să limiteze distanța pe
care turbinele pot fi translatate , fără a fi necesară o perm isiune suplimentară. Este important
ca astfel de condiții de ajustare să fie adaptate pentru a fi specifice naturii și amplorii
dezvoltărilor propuse și să acorde o atenție deosebită posibilelor efecte asupra aspectului de
proiectare și asupra coerenței vi zuale globale a planului de amplasare a elementelor unui parc
eolian.
Durata de viață așteptată a generatoarelor de turbine eoliene este în mod obișnuit în jur
de 25 de ani. Pentru această perioadă ar trebui să se acorde permisiunea de construire și
utiliz are.
Dezafectarea turbinelor la sfârșitul fazei operaționale ar trebui să fie o condiție
specifică a autorizației de construcție și un aspect important în proiectarea și evaluarea unui
parc eolian.
Criteriile evidențiate în acest raport pot oferi principii directoare la nivel
strategic pentru autoritățile locale responsabile de urbanism. Totodată, raportul se poate
dovedi util în luarea deciziilor cetățenilor (sau altor părți interesate), implicați în procedurile
legale ce necesită participarea și aprobarea publicului, oferind o înțelegere clară și comună a
efectelor preconizate în propunerile privind energia eoliană într -un mod imparțial.

21

Bibliografie

Lucrări științifice
[1] Archer, C. L., și Jacobson , M. Z. , 2005 , Evaluation of global wind power , Journal
of Geophysical Research , 110, D12110, doi:10.1029/2004JD005462 ;
[2] Durstewitz, M. , 2003 , On-Site Cold Climate Problems , Institut für Solare
Energieversorgungstechnik e.V. (ISET) Division Information and Energy Economy,
Kassel Germany ;
[3] IEA Wind's Task19, 2016, Wind Energy in Cold Climates – Available Technologies ;
[4] Lungu, D., Ghiocel, D., 1972, Acțiunea vântului, zăpezii și variațiilor de temperatură
în construcții , Editura Tehnică, București;
[5] Lungu, D., Ghiocel, D., 1982, Metode probabilistice în calculul construcțiilor ,Editura
Tehnică, București;
[6] Morgan, C. și Bossanyi, E. , 1996 , Wind turbine icing and public safety – a
quantifiable risk? Wind Energy Production in Cold Climates , Conferința Boreas III,
Saariselkä, Finlanda;
[7] Morgan, C., Bossanyi, E. and Seifert, H. 1998. Assessment of Safety Risks Arising
From Wind Turbine Icing . DEWI (German Wind Energy Institute) ;
[8] Seifert, H., Westerhellweg, A., and Kröning, J., 2003, Risk analysis of ice throw from
wind turbines , Boreas VI, Pyhätunturi, Finland ;
[9] Svensk Vindenergi , 2010, Wind Turbines – Survey of activities and costs for
dismantling, restoration of siteand reclamation.

Acte normative
[10] ISO 12494:2017 – Atmospheric icing of structures ;
[11] CR-1-4-2005 – Cod de proiectare. Bazele proiectării și acțiuni asupra construcțiilor.
Acțiunea vântului”, Universitatea T ehnică de Construcții București;
[12] EN 1991 -1 EUROCODE 1 -1 -Bazele proiectării și acțiunilor asupra structurilor
(Basis of design and actions on str uctures);
[13] EN 1991 -4 EUROCODE 1 -4 – Acțiuni ale vântului (Wind actions);
[14] EN 1992 EUROCODE 2 – Proiectarea structurilor de beton (Design of concrete
structures);

22
[15] EN 1993 EUROCODE 3 – Proiectarea structurilor metalice (Design of steel
structure s);
[16] EN 1994 EUROCODE 4 – Proiectarea structurilor compozite din o țel și beton
(Design of composite steel and concrete structures);
[17] EN 1997 EUROCODE 7 -1- Proiectarea geotehnică (Geotehnical design);
[18] EN 1998 EUROCODE 8 -5 – Proiectarea structurilor pentru rezisten ța la cutremur.
Funda ții, structuri de sus ținere și aspecte geotehnice (Design of structures for earthquake
resistance. Foundations, retaining struc tures and geotehnical aspects);
[19] EN 1998 EUROCODE 8 -6 – Proiectarea structur ilor pentru rezisten ța la cutremur.
Turnuri piloni și coșuri (Design of structures for earthquake resistance. Tower, masts and
chimneys);
[20] P130 -1999 Normativ privind urmărirea comportării în timp a construcțiilor .
Regulamentul privind urmărirea comport ării în exploatare, intervențiile în timp și
postutilizarea construc țiilor, aprobat prin HGR nr. 766/1997;
[21] Legea nr. 10/1995 privind calitatea construc țiilor, reactualizată .

Resurse internet
[22] http://www.anre.ro
[23] https://globalwindatlas.info
[24] http://www.timbertower.de/
[25] www.svenskvindenergi.org