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DeCoMP. Großmaßstäbliche Untersuchungen technischer Lösungen zum Rückbau von Gründungspfählen von Offshore-Windenergieanlagen
Autor: Hinzmann, Nils; Stein, Philipp; Gattermann, Jörg; Stahlmann, Joachim
Quelle: Pfahl-Symposium 2019. Fachseminar 21./22. Februar 2019; Mitteilung des Instituts für Grundbau und Bodenmechanik der Technischen Universität Braunschweig
Seiten: 469-485
2019
Publikationslisten zum Thema:
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Pfahlwiderstände im Grenzzustand der Tragfähigkeit können nach Eurocode EC 7-1 (DIN EN 1997-1) aus Ergebnissen von Probebelastungen (EC 7-1, z.B. Gleichung 7.2) oder auf der Grundlage von Erfahrungswerten (EC 7-1, z.B. Gleichung 7.9) abgeleitet werden. Bei der Festlegung von charakteristischen Widerständen aus Probebelastungen werden die Messwerte durch Streuungsfaktoren abgemindert. Dieses Vorgehen unterscheidet sich wesentlich gegenüber dem Globalsicherheitskonzept nach DIN 1054:1976-11. Werden diesbezüglich die in EC 7-1 Tabelle A.9 empfohlenen Werte angewendet, so ergibt sich, bis auf wenige Sonderfälle, ein deutlich höheres Sicherheitsniveau und damit unwirtschaftlichere Bauweisen als dies bei den bisherigen nationalen Regelungen der Fall war. Die in Tabelle A.9 vorgeschlagenen Werte dürfen jedoch im Rahmen der nationalen Anwendungsregeln an nationale Sicherheitsstandards angepasst werden. Das Forschungsvorhaben hatte zum Ziel, die Teilsicherheitsbeiwerte und Streuungsfaktoren für den Eurocode EC 7-1, Kapitel 7 so zu kalibrieren und national anzupassen, dass durch ihre Anwendung der bisherige Sicherheitsstandard und die Wirtschaftlichkeit weitgehend erhalten bleiben. Dazu wurden umfangreiche Vergleichsberechnungen mit Parametervariationen an fiktiven Probebelastungsergebnissen durchgeführt. Die daraus gewählten Teilsicherheitsbeiwerte und Streuungsfaktoren wurden dann an zahlreichen, an der Universität Kassel archivierten statischen und dynamischen Probebelastungsergebnissen verschiedener Pfahlsysteme verifiziert. Im Rahmen der Forschungsarbeit wurden somit die Teilsicherheitsbeiwerte und Streuungsfaktoren national so angepasst, dass sich mit Einführung von Eurocode EC 7-1 für die maßgebenden Streubereiche von Probebelastungsergebnissen ein etwa vergleichbares Sicherheitsniveau ergibt, wie nach den entsprechenden Regelungen der DIN 1054:1976 bzw. DIN 1054:2005. Abweichungen davon resultieren aus einer grundsätzlich anderen Vorgehensweise zwischen den alten und neuen Normen und sind unvermeidlich. Differenze
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Die nationale bzw. europäische Normierung fordert Knicknachweise für schlanke Pfähle, die in Böden mit einer undränierten Scherfestigkeit von c tief u kleiner 15 kN/qm bzw. c tief u kleiner 10 kN/qm hergestellt sind. Bei größeren Scherfestigkeiten wird in der Regel kein Knicknachweis gefordert. Es gibt jedoch Beispiele, dass dieses Vorgehen nicht auf der sicheren Seite liegt. Publikationen, in welchen Modelle zur Lösung des Stabilitätsproblems oder Pfahlprobebelastungen dokumentiert sind, geben Hinweise, dass die Möglichkeit eines Pfahlversagens infolge Knickens durch die normentechnischen Regelungen unterschätzt wird. Mit Erfahrungen aus kleinmaßstäblichen Versuchen wurde ein Versuchsstand aufgebaut, in dem es möglich war, 4 m lange Pfähle einer Probebelastung zu unterziehen. Dazu wurden zylindrische Behälter geschaffen, Probepfähle darin eingestellt und der Ringraum mit flüssigem Ton aufgefüllt. Die angestrebte undrainierte Scherfestigkeit, bei welcher die Probebelastung stattfinden sollte, wurde durch gezielte Konsolidation erreicht. Insgesamt wurden 4 Pfähle mit Bodenstützung bis zum Versagen - stets Knicken - belastet. Dabei lag die undrainierte Scherfestigkeit zwischen etwa 8 und 25 kN/qm. Die Berechnung der Traglasten stabilitätsgefährdeter Pfähle erfolgt nach den einschlägigen Veröffentlichungen auf der Grundlage von Annahmen und Näherungen, die im Forschungsbericht kritisch bewertet und mit den Versuchsergebnissen verglichen werden. Da diese Rechenverfahren die vorliegende Problematik nicht wirklich zutreffend beschreiben, wurde ein eigenes Nachweiskonzept erarbeitet, mit dem alle wesentlichen Effekte, welche in den Versuchen auftraten, zu erfassen sind. Die seitliche Bodenstützung des Pfahls wird darin mit einer bilinearen Mobilisierungsfunktion mit maximaler Bodenreaktion, die das Umfließen des Bodens um den Pfahl charakterisiert, erfasst. Es werden Kurven errechnet, die Gleichgewichtszustände des nichtlinear gebetteten Pfahls wiedergeben. Zusätzlich wird geprüft, ob vor dem Stabilitätsversagen die Ma
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