A new p-y approach to pile foundations with arbitrary dimensions under monotonic load in cohesive soils

verfasst von

Mauricio Marcelo Terceros Almanza

betreut von

Martin Achmus

Abstract

Die Offshore-Windtechnologie bietet ein großes Potenzial für die Versorgung mit erneuerbaren und sauberen Energien und ist daher eine potenzielle Alternative zur Nutzung fossiler Brennstoffe. Das Haupthindernis bei ihrer Umsetzung liegt in den hohen Investitionskosten. Eine effiziente Bemessung von Gründungen führt daher zu einer Kostenreduzierung, welche die wirtschaftliche Realisierbarkeit der Errichtung zukünftiger Windparks sicherstellt. Die vorliegende Arbeit soll dazu beitragen, die Bemessungsaspekte für Monopile-Gründungen unter lateraler Belastung in bindigen Böden zu optimieren. Für die geotechnische Bemessung lateral belasteter Pfähle werden die in den Offshore-Richtlinien wie API (2014) und DNVGL (2016) empfohlenen p-y-Ansätze aufgrund ihrer Einfachheit und Vielseitigkeit weitgehend angewendet. Eine Auswertung des horizontalen Tragverhaltens der in einen bindigen Boden eingebetteten Pfähle erfolgt, um eine umfassende Analyse des Bodenwiderstandes zu ermöglichen. In der Tat können Pfahlgründungen trotz des geringen Bodenwiderstandes vollständig in bindige Böden gegründet werden. Dennoch sind bei geschichteten Böden häufig auch bindige Bodenschichten anzutreffen. Für in bindigen Böden eingebettete Pfähle wird eine Differenzierung der p-y-Methoden anhand der Konsistenz vorgenommen, d. h. die von Matlock (1970) für weichen Ton und Reese et al. (1975) für steifen Ton vorgeschlagenen p-y-Methoden unterscheiden sich in ihrer Komplexität deutlich voneinander. Dennoch basieren die in den Richtlinien angegebenen p-y-Kurven lediglich auf dem exponentiellen Ansatz nach Matlock, wobei jeweils unterschiedliche Linearisierungen nach API (2014) und DNVGL (2016) zur allgemeinen Anwendung empfohlen werden. Diverse experimentelle und numerische Untersuchungen zeigen jedoch relevante Unzulänglichkeiten der beschriebenen Grundfunktion, um die Boden-Pfahl-Interaktion für Pfähle mit großem Durchmesser genau zu modellieren. In diesem Zusammenhang werden mehrere alternative p-y-Ansätze, die explizit den Effekt großer Durchmesser berücksichtigen sollen, bewertet. Eine umfangreiche Vergleichsstudie von statischen p-y-Ansätzen für weiche und steife Tone wird auf der Grundlage von mehr als 900 dreidimensionalen Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode durchgeführt. Eine eindeutige Validierung des numerischen Modells wird mittels fünf in der Literatur eingeführter Feldversuche mit diversen Pfahldimensionen und Bodenbedingungen verwirklicht. In dem Wissen, dass sowohl die Ergebnisse des Ansatzes nach Matlock, die linearen Approximationen gemäß der API (2014) und der DNVGL (2016) Richtlinien als auch weitere alternative Ansätze für beliebige Pfahlgeometrie und Bodenbedingungen nicht generell gültig sind, ist ein neuer, allgemein anwendbarer p-y-Ansatz für bindigen Böden, basierend auf den Ergebnissen der numerischen Vergleichsstudie, in konsistenter Form entwickelt worden.

Organisationseinheit(en)

Institut für Geotechnik

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

177

Publikationsdatum

2021

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Ziele für nachhaltige Entwicklung

SDG 7 – Erschwingliche und saubere Energie

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/11339 (Zugang: Offen)