CPT Kalibration Nordsee

Entwicklung eines Verfahren zur Ableitung von technischen Designparametern aus erweiterten CPTu (Drucksondierungs)-Daten, die speziell auf die Verhältnisse der Offshore Windparkgebiete in der südlichen Nordsee angepasst sind.

Thema des Forschungsprojektes ist die Weiterentwicklung der marinen Baugrunderkundung für Offshore Windenergie Anlagen (OWEA).
Durch die Entwicklung auf dem Gebiet der Offshore-Windenergie wird der Anteil regenerativ erzeugter Energie erheblich gesteigert. 1.000 OWEA in der AWZ sind genehmigt, weitere 1.000 Anlagen beantragt. Sichere Fundamentkonstruktionen sind dabei nicht nur für die Tragsicherheit wesentlich, sondern ebenso für die Gebrauchstauglichkeit und Lebensdauer der Anlagen, über die Versorgungssicherheit gewährleistet wird. Vorbehalte gegenüber regenerativ erzeugter Energie werden durch Sicherheit und Zuverlässigkeit in der Bereitstellung abgebaut; Pannen und Ausfälle sind zu vermeiden. Eine detaillierte Kenntnis des Baugrundverhältnisse in der Tiefe ist damit zur Projektierung und Errichtung der OWEA unabdingbar. Da Gründungen außerdem offshore 25–50 Prozent der gesamten Investitionskosten einer Anlage ausmachen, liegt in der Erschließung von Tragreserven des Untergrundes und in der Anwendung neuer, schlanker Fundamente erhebliches Kosteneinsparpotential. Im Gegensatz zum offshore Öl und Gas Geschäft werden bedingt durch die großen Stückzahlen Serienfertigungen wirtschaftlich. Damit wird dieses Marktsegment auch für große Tiefbauunternehmen attraktiv. Die STRABAG SE mit Ihren Töchtern Ed. Züblin AG und STRABAG Offshore Wind GmbH stellt sich diesem Marktsegment mit einer eigenen Stahl-Beton-Gründungskonstruktion. Diese so genannten Offshore Schwergewichtsfundamente stellen besondere Ansprüche an die geotechnische Meeresbodencharakterisierung.
Das technische Design von Offshore-Anlagen und Gründungen basiert auf Boden-Parametern, wie Scherfestigkeit oder Kompressionsmodul des Bodens. Diese Werte können meist nicht direkt insitu erkundet werden. Es ist notwendig diese Parameter aus den Ergebnisse indirekter Meeresbodenuntersuchungen werden abzuleiten. Bemessungsreserven ergeben sich dabei aus bisher ungenügenden Korrelationen zwischen Index- und Design-Parametern, die wirtschaftliche Offshore-Erkundung (z.B. mittels Drucksondierungen) und technisches Design verbinden.
Das Montagekonzept des Aufstellers STRABAG Offshore Wind GmbH (STRABAG) für Schwerkraftfundamente erfordert Meeresbodenuntersuchungen im Vorfeld sowie während der Errichtung. Zeitintensive Laboruntersuchungen an Bodenmaterial kommen dafür nicht für alle Standorte in Frage; benötigt werden vielmehr rasch einsetzbare insitu-Untersuchungen und robuste Korrelationsmethoden.
Nachzuweisen ist, dass die Änderung der Baugrundeigenschaften durch den Sedimentaushub während der Errichtung begrenzt ist, so dass die Hauptuntersuchungs-Erkundungsdaten der Bemessung weiterhin zugrunde gelegt werden können.
CPT (Drucksondierung) ist ein gängiges und kostengünstiges Verfahren zur Erfassung des insitu-Eindringwiderstands des Bodens in der Tiefe. Der Einsatz im marinen Bereich ist etabliert, befindet sich aber in der Weiterentwicklung. Ein Projektpartner ist in der Entwicklung eines Gerätes für Meeresboden-CPT (GOST Geotechnical Offshore Seabed Tool) aktiv. Daten aus der Drucksondierung erlauben Rückschlüsse auf Partikeleigenschaften und Bodenkennwerte, die für Entwurf und Projektierung benötigt werden. CPT-Daten des Untergrunds der Nordsee zeigen höhere Spitzenwiderstände als üblich, insbesondere weit außerhalb der in der DIN vorgeschlagenen Korrelationen. Daher ist die Zuverlässigkeit der existierenden Interpretationsverfahren nicht abgesichert. Ein Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung von Verfahren zur Ableitung von Designparametern aus CPT-Daten, die auf die Verhältnisse in der südlichen Nordsee angepasst sind.
Ein geplanter Weg besteht in der Korrelation von CPT-Messgrößen und bodenmechanischen Zustandsgrößen in Standard-Laborversuchen an Nordseesanden. Anhand von Versuchen, die in Kalibriergeräten unter kontrollierten Anfangs- und Randbedingungen durchgeführt werden, lässt sich eine Beziehung zwischen Drucksondierwiderstand und dem insitu- Spannungszustand und einem Dichteindex ermitteln. Im Forschungsprojekt soll eine neue Kalibrierzelle zur Beprobung kleiner Bodenproben entwickelt werden. Tests an offshore entnommenem Material werden somit unmittelbar möglich.
Ein weiterer Weg besteht in der Erfassung zusätzlicher Bodenparameter durch ergänzende geophysikalische Messmethoden. Diese Messungen erhöhen die Zuverlässigkeit der empirischen Beziehung und erlauben die direkte Messung von relevanten Bodenkennwerten. So können mit Hilfe radiometrischer Messungen die Dichte des Untergrundes direkt und durch Messung der  Scherwellengeschwindigkeit mittels PS-Logging das smallstrain Schubmodul
 des Bodens bestimmt werden. Beide Größen sind wesentlich in der Bemessung und zur Evaluierung von CPT-Daten.
Im Projekt werden Möglichkeiten zur Integration von Messungen mittels radiometrischer Einstichsonde in CPT-Kampagnen entwickelt. Außerdem sollen Kalibrationsversuche an Triaxialzellen zur Ermittlung des Zusammenhanges zwischen Scherwellengeschwindigkeit und Dichte durchgeführt werden.
Ziel ist es, durch die Kombination von CPT mit Schnelltests im Labor und geophysikalischen Erkundungsverfahren zu detaillierten Aussagen über den Zustand des Baugrundes zu kommen.