Vergleich von Ansätzen zur Prognose der Langzeitverformungen von OWEA-Monopilegründungen in Sand - Teil 1: Grundlagen der Ansätze und Parameterkalibration

Im Zuge des Ausbaus erneuerbarer Energien entstehen in der Nord- und Ostsee Parks aus Offshore-Windenergieanlagen, kurz OWEA. Die Gründung dieser OWEA erfolgt häufig mit großen Einzelpfählen, den sogenannten Monopiles. Infolge der zyklischen Belastung aus Wind und Wellen findet im Baugrund eine Verformungsakkumulation statt, welche zu bleibenden Schiefstellungen der Monopiles führen kann. Für die Prognose des nichtlinearen Langzeitverformungsverhaltens der OWEA-Monopilegründungen wurden in der Vergangenheit verschiedene Ansätze vorgeschlagen.

Mit dem Ziel, die einzelnen Ansätze miteinander zu vergleichen und ihre Grenzen auszuloten, wurden zahlreiche Berechnungen einer OWEA-Monopilegründung mit realitätsnahen Abmessungen und Belastungen in einem nichtbindigen Baugrund mit unterschiedlichen Lagerungsdichten durchgeführt. Dabei wurden folgende Ansätze untersucht: die P-y-Kurven des American Petroleum Institute (API), ein Ansatz nach DÜHRKOP, das ESWM nach TAŞAN et al., das SDM nach ACHMUS et al. und ein Ansatz, der am Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik (IBF) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) verwendet und hier mit HIA bezeichnet wird.

Neben der Beschreibung dieser Ansätze wird in diesem Artikel die Bestimmung der jeweils benötigten Parameter aus Laborversuchen vorgestellt. Die Eingangsparameter aller Ansätze wurden für einen offshore-typischen Feinsand ermittelt. In "Teil 2: Simulationen und Schlussfolgerungen" werden dann die von den verschiedenen Ansätzen prognostizierten Pfahlverformungen infolge der hochzyklischen Belastung präsentiert und miteinander verglichen.