Im Rahmen der Energiewende und des „Klimaschutzprogramms 2030“ ist ein signifikanter Ausbau der Offshore-Windenergie auf 25 GW bis 2030 geplant. Dies erfordert den Einsatz von Windenergieanlagen der neuesten Generation mit bis zu 14 MW Leistung, deren Gründungen unter strengen Umweltauflagen installiert werden müssen. Während die herkömmliche Schlagrammung nur mit aufwändigen Schallschutzmaßnahmen zulässig ist, stellt das emissionsarme Einvibrieren eine Alternative dar. Allerdings zeigen erste Versuche, dass die Tragfähigkeit einvibrierter Pfähle geringer ist als die von gerammten Pfählen. Gängige Bemessungsverfahren vernachlässigen den Einfluss des Herstellungsprozesses und wenden eine idealisierte „wished-in-place“-Annahme an.

Numerische Voruntersuchungen durch die Antragsteller zeigen, dass die Berücksichtigung des Installationsprozesses einen signifikanten Einfluss auf das prognostizierte Trag- und Verformungsverhalten des Pfahls nach der Installation hat. Dies gilt sowohl für monotone als auch für zyklische laterale Belastungen. Exemplarisch ist dies anhand der Nachrechnungen zweier kleinmaßstäblicher Modellversuche von Le Blanc et al. (2010) an trockenem Sand gezeigt, welche in (Staubach et al., 2021) dokumentiert und in Abbildung 1 zusammengefasst sind.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer numerischen Rechenstrategie, die eine realitätsnahe Simulation des gesamten Installationsprozesses von Monopile-Gründungen ermöglicht. Auf Basis der sogenannten „Zipper-Methode“ in Kombination mit einem hochzyklischen Akkumulationsmodell (HCA-Modell) sollen erstmals die maßgebendsten Installationsparameter wie die tatsächliche Installationszeit, Frequenz, Lastzyklen und partielle Drainagebedingungen berücksichtigt sowie die Pfahl-Boden-Interaktion möglichst genau abgebildet werden. Die entwickelten Methoden sollen planenden Ingenieur*innen und Behörden ermöglichen, die Installationseffekte bereits in der Vordimensionierung zu berücksichtigen und so die Entwicklung neuartiger, effizienter Installationsverfahren zu unterstützen. Eine schematische Darstellung der Rechenstrategie ist in Abbildung 2 gegeben.