Untersuchungen zur gedrückten Pfahlinstallation mittels großmaßstäblicher Versuche

Die derzeitige Situation des Offshore-Energie-Sektors erfordert effizientere und wirtschaftlichere Windenergieanlagen. Die Herstellung und Installation der Gruendungsstrukturen kann dabei einen erheblichen Anteil von rd. 25 Prozent der gesamten Investitionskosten betragen [Prognos & Fichtner, 2013]. Neben den wirtschaftlichen Aspekten ist auch der Natur- und Umweltschutz zu berücksichtigen. Dies betrifft insbesondere die Installation der meist eingesetzten Pfahlgründungen, die mittels Schlagrammung in den Boden eingebracht werden. Der enorme Schallpegel beim Rammen von Stahlrohrpfählen auf hoher See stellt eine intensive Belastung der maritimen Tierwelt dar und kann dabei zur Beeinträchtigung von Säugetieren oder sogar zur bleibenden Schädigung ihres Orientierungsorgans führen. Maßnahmen zur Verringerung der Schallemissionen - um u. a. die Vorgaben des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) einzuhalten - sind sehr kostenintensiv, sodass umweltfreundliche Installationsmethoden derzeit der Gegenstand mehrerer Forschungsarbeiten sind. Darunter ist auch das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Forschungsvorhaben SEALENCE, bei dem ein umweltfreundliches und kostengünstiges Offshore-Gründungssystem zur Verankerung aufgelöster Strukturen angestrebt wird. Alternativ zur Pfahlrammung werden hierbei Stahlrohrpfähle kontinuierlich eingedrückt. Dieses Installationsverfahren sowie anschließend das axiale Tragverhalten der eingebauten Stahlrohrpfähle werden derzeit am Fraunhofer IWES mittels physikalischer Experimente und numerischer Simulationen untersucht. Im vorliegenden Beitrag werden die ersten Ergebnisse der großmaßstäblichen Versuche an gedrückten Pfählen vorgestellt. Zur Beurteilung des axial statischen Pfahltragverhaltens eingepresster Pfähle gegenüber einem Rammpfahl werden die experimentellen Lastverformungskurven der Traglastversuche herangezogen. Zudem wird die numerische Abbildbarkeit des Installationsverhaltens gedrückter Pfähle mittels der gekoppelten Euler-Lagrange-Methode (engl. Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) Method) diskutiert.