Pfingstexkursion Norddeutschland 2011 16

6 Schwerkraftfundament - Cuxhaven

Am Donnerstag besuchten Studenten und der Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der

RWTH Aachen die Schwerkraftfundament-Testanlage der Firma Züblin in Cuxhaven.

In Deutschland werden zurzeit ca. 16 % des Stroms aus regenerativen Energiequellen

erzeugt. Um den Anteil weiter zu steigern, müssen neue und verbesserte Möglichkeiten

der Aufstellung von Energieanlagen erforscht werden. Hierbei erprobt die Firma Züblin

eine neue Art der Installation von Offshore Windanlagen. Als Fundament wird ein

Schwerkraftfundament verwendet (Bild 14). Welches zu Testzwecken in einem Maßstab

von 1:1 in einem Testbecken hergestellt wurde.

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Bild 14 : Züblin-Fundament mit Offshore-Windanlage

Eine Offshore Anlage mit einer Nennleistung von 5 MW kann ca. 4000 Haushalte ein Jahr

mit Energie versorgen. Diese Anlagen werden zu Windparks zusammengefasst in denen

dann ca. 80 Windenergieanlagen stehen sollen. Die kombinierte Leistung eines Wind-

parks soll dann insgesamt den Energiebedarf von 1,6 Mio. Menschen decken.

Schwerkraftfundament, Cuxhaven 17

Bei den Offshore Anlagen unterscheidet man verschiede Gründungstypen: Monopilon,

Tripod, Jacket und Schwerkraftfundamente. Dabei sind die ersten 3 Gründungsfundamen-

te reine Stahlbauten. Das Schwerkraftfundament besteht aus Stahlbeton und bildet somit

eine Ausnahme zu den übrigen.

Die Gründungsart wird durch wirtschaftliche und standortabhängige Faktoren bestimmt.

Die Baugebiete in der Nordsee besitzen zu 90 % eine Tiefe von 25 – 60 m. Das Schwer-

kraftfundament ist mit einer optimalen Wassertiefe von ebenfalls 25 – 60 m bestens für

die Nordsee geeignet.

Beim zurzeit üblichen Aufstellen von Offshore Anlagen werden die Anlagen an Land in

Komponenten hergestellt und die Fertigstellung erfolgt dann auf der Nordsee. Dadurch ist

der Zeitrahmen, der für die Aufstellung geeignet ist, sehr begrenzt.

Bild 15 oberer Teil des Schwerkraftfundaments

Beim Schwerkraftfundament der Firma Züblin (Bild 15) wird ein Fundamenttyp erforscht,

dessen vollständige Fertigung der Anlage an Land erlaubt und dann zum Bestimmungsort

verfrachtet wird. Damit soll die Bauzeit eines Windparks verkürzt und die Herstellung von

Windkraftanlagen optimiert, sowie die Abhängigkeit des Wetters miniert werden. Die

Verfrachtung der Windanlagen erfolgt im Nachgang mittels eines speziell entwickelten

Katamarans. Die so zu produzierenden Windanlagen könnten wie an einem Fließband mit

einer sehr hohen Güte und gleichbleibender Qualität errichtet werden.

Schwerkraftfundament, Cuxhaven 18

Bild 16 Unterer Teil eines Schwerkraftfundaments

Das Schwerkraftfundament selber hat eine Höhe von ca. 33 m und eine Aufstandsfläche

von ca. 100 m². Die Windanlage wird dann im Endzustand eine Höhe von 135 m bis zur

Narbe und ein Gesamtgewicht von ca. 8000 t besitzen. Als Form wurde eine kreuzförmige

Form des Fundaments gewählt, wobei die eigentliche Aufstandsfläche nur an den vier

Kreuzarmen ist (Bild 16). Die Fundamentarme sind als Hohlkästen angefertigt und werden

am Bestimmungsort dann mit Sand gefüllt um das Fundament sicher und stabil am Boden

zu halten. Im Gegensatz zu anderen Gründungsformen wird das Schwerkraftfundament

nicht mit Erdankern zusätzlich gesichert.

An den jeweiligen Enden wurden Aufstandsplatten angebracht, um große Momente direkt

unterhalb des Mastes zu vermeiden. Die Lastplatten sind in der Regel entweder komplett

überdrückt oder komplett auf Zug beansprucht. Da jedoch immer 3 Platten auf Druck

beansprucht werden, ist die Gefahr eines Umfallen nicht gegeben. Auf dem Testgelände

soll die hierbei auftretenden Vorgänge von zyklischen Belastungen auf den Boden unter-

halb der Lastplatten erforscht werden (Boden-Bauwerk-Interaktion).

Es wurde dabei beobachtet wie sich der Porenwasserdruck im Boden verhält und welche

Folge bestimmte Wettereignisse auf den Boden unterhalb des Fundaments hatte. Dabei

wurde als Standardlast der Wellengang eines 1-Jahres Sturm simuliert während ebenfalls

außergewöhnliche Wettereignisse beachtet werden. Dazu kann auch ein 50-Jahres-Sturm

erzeugt werden.

Da eine Welle auf hoher See an dem Bauwerk drückt und zieht, müssten im Test eben-

falls Vorrichtungen aufgebaut werden, um diese zyklische Belastung zu simulieren. Hierzu

Schwerkraftfundament, Cuxhaven 19

ist es notwendig einen typischen Lastzyklus zu finden und diesen in eine äquivalente Last

umzurechnen. Dadurch wird erreicht, dass dieselben zyklischen Belastungen vorherr-

schen wie auf hoher See.

Die Testplattform ist notwendig, da es in der Literatur kaum Erfahrungs- oder Vergleichs-

werte gibt, die für die Planung einer solchen Offshore-Anlage angewendet werden

können. Daher wurden neben der Boden-Bauwerk-Interaktion auch Berechnungsmodelle

erstellt und überprüft. Die einzelnen Testläufe haben eine Laufzeit von 35 - 42 h.

Wir bedanken uns für den informativen und interessante Vortrag, sowie für die außeror-

dentlich gute Verpflegung.