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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.
.
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.