ProBucket - Verbundvorhaben: Bucket-Fundamente für Offshore-Windenergieanlagen: Weiterentwicklung der ingenieurwissenschaftlichen Prognosemethoden anhand großmaßstäblicher Versuche einschließlich einer wirtschaftlichen Bewertung; Teilvorhaben: ProBucket.IWES -Strukturelle und geotechnische Untersuchungen zum Tragverhalten von Bucket-Fundamenten für Offshore-Windenergieanlagen

Abstract

Bucket-Fundamente, auch Suction Buckets oder Suction Caissons genannt, sind eine vielversprechende Alternative zu Pfahlgründungen für Jacket-Strukturen von Offshore-Windenergie-anlagen. Ein Suction Caisson ist eine Stahlkonstruktion, die aus einem kurzen, oben verschlossenen Stahlrohr besteht und mittels Unterdruck in den Boden eingebracht wird. Im Gegensatz zu Pfahlgründungen, verursachen Bucket-Fundamente bei der Installation nur sehr geringe Schallemissionen, was die Kosten für Lärmschutzmaßnahmen zum Schutz der Meeresumwelt drastisch senken kann. Zudem verkürzt sich die Offshore-Installationszeit erheblich, da die Jacket-Struktur und das Gründungselement in einem Arbeitsschritt installiert werden können. Weitere Vorteile der Suction Caissons gegenüber Pfahlfundamenten sind die geringere Einbindetiefe, die den Aufwand für geotechnische Erkundungen reduziert, die flexiblen Ausführungsmöglichkeiten sowie die Möglichkeit eines vollständigen Rückbaus der Caissons am Ende ihrer Lebensdauer. Ziel des vom Fraunhofer IWES initiierten und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unter dem Förderkennzeichen 03EE3033A geförderten Forschungsvorhabens ProBucket war es, das Multibucket-Konzept für die Offshore-Windindustrie zu optimieren, seine wirtschaftliche Eignung für unterschiedliche Einsatzszenarien zu bewerten und bestehende Normen weiterzuentwickeln. Die Unsicherheiten bei der geotechnischen und strukturellen Bemessung von Suction Caissons, die durch fehlende Normungsvorgaben entstehen, sollten im ProBucket-Projekt durch Laborversuche, großmaßstäbliche Versuche in der Grundbauversuchsgrube (GBVG) des Testzentrum Tragstrukturen Hannover (TTH) sowie durch numerische Analysen verringert werden. Da die Zugbeanspruchungen durch Wind- und Wellenlasten maßgebend beim Design von Caisson-Fundamenten für Jacket-Strukturen sind, war es Forschungsgegenstand des Vorhabens, das Tragverhalten dieser Gründungsvariante unter realistischen Belastungen, insbesondere unter zyklischer Zugbeanspruchung, näher zu untersuchen. Ein wesentliches Ergebnis im Projekt war der Nachweis stabiler Lastbereiche mit Zugbeanspruchungen, die keine standsicherheitsrelevante Hebung des Fundaments verursachen. Zudem konnte gezeigt werden, dass sich die Zugtrag-fähigkeit im Verlauf der Betriebszeit positiv entwickeln kann. Darüber hinaus wurden im Projekt Installationsszenarien modellhaft abgebildet, bei denen reaktive Maßnahmen zur Verbes-serung der Installierbarkeit zum Einsatz kommen können. Die Effekte dieser Maßnahmen auf den Installationsprozess, auf die Tragfähigkeit sowie auf mögliche Störungen des umgebenden Bodens wurden untersucht. Ergänzend wurden neue Ansätze zur Bewertung des Beulverhaltens der Stahlstruktur entwickelt und validiert. Die gewonnenen Erkenntnisse des Vorhabens wurden in einem praxisnahen Leitfaden zusammengefasst, der als Grundlage für die Weiterentwicklung technischer Regelwerke dienen kann. Das Projekt trägt damit zur sicheren, nachhaltigen und wirtschaftlichen Nutzung innovativer, lärmarm installierbarer Gründungen für Offshore-Windenergie bei.