Stabilitätsuntersuchung eines Kolkschutzes an einem Schwerkraftfundament
Leitung: | Dr.-Ing. Stefan Schimmels, Dipl.-Ing. Reinold Schmidt-Koppenhagen, |
Team: | Dipl.-Hydrol. Anne Tönnies-Lohmann, Dipl.-Ing. (FH) Martin Miranda-Lange |
Jahr: | 2012 |
Bemerkungen: | 6 Wochen |
Schwergewichtsfundamente finden häufig Anwendung bei der Gründung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA), wobei diese Fundamente so bemessen werden, dass sie durch das Eigengewicht und dem zusätzlichen Ballastmaterial in der Lage sind, die Windenergieanlagen an ihrem vorgegebenen Platz zu halten.
Das im Großen Wellenkanal untersuchte Fundament besteht aus aufragenden Hauptpfahl, der an eine hexagonale Gründungsplatte mit sechs Caissons für Ballastmaterial angeschlossen ist. In Abbildung 1 ist die Seitenansicht (links) sowie die Draufsicht (rechts) des Schwerkraftfundamentes gegeben.
Für die Bemessung dieser Fundamentstruktur sind physikalische Modelluntersuchungen notwendig, um die Stabilität des Kolkschutzmaterials zu überprüfen und die Größe und Kornverteilung des Ballastmaterials zu bestimmen. Das Fundament wurde mit einem Maßstab von 1:10 in den Wellenkanal eingebaut und unter verschiedenen Seegangsbedingungen mit Wiederkehrperioden von 10 bis 100 Jahre getestet. Die zur Verfügung gestellten Seegangsbedingungen bezogen sich auf das JONSWAP-Spektrum und hatten eine Wiederkehrperiode von 1000 statistisch unabhängigen Wellen, was wiederum mit dem Bemessungsereignis von 3 Stunden im Naturmaßstab korreliert. Die signifikante Wellenhöhe Hs lag dabei im Bereich von 0.42 bis 0.55 m.
Im Rahmen des physikalischen Modells wurde die Kolkentwicklung dokumentiert, in dem die Masse der erodierten Steine aufgemessen und das daraus entstandene Schadensausmaß berechnet wurde. Die Quantifizierung der Erosion erfolgte dabei mit einem neu angeschafften dreidimensionalen Laser Scanner, wobei jeweils vor und nach jedem Test die Fläche gescannt wurde, um eine Aussage über die Kolkentwicklung infolge Welleneinwirkung machen zu können. Verschiedene grafische Darstellungen wurden sowohl für den unteren Bereich des Kolkschutzmaterials als auch für den oberen Bereich des Ballastmaterials der Fundamentstruktur generiert. Vor- und Nachher-Scan-Bilder sind in Abbildung 2 dargestellt, aus denen die Umlagerung des Materials hervorgeht. Rot gefärbte Flächen bezeichnen dabei die Erosion und blau gefärbte Flächen die Anladung des Materials.