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11.7.2 Bodeneigenschaften
Die Bodeneigenschaften sind, wie bereits erwähnt, entscheidend für die Tragfähigkeit und da-
mit für die Standsicherheit der OWEA. Sowohl in der Nordsee und als auch in der Ostsee kön-
nen die Schichtungen sowie deren Eigenschaften sehr unterschiedlich sein. Generell unter-
scheidet man bei den Bodenarten zwischen bindigen (kohäsiven) und nichtbindigen (nicht-
kohäsiven) Böden. Während beide Bodenarten relativ große Druck- bzw. Scherspannungen
übertragen können, sind die übertragbaren Zugspannungen bei den nichtbindigen Bodenar-
ten im trockenen Zustand gleich null, im nassen Zustand sehr klein (Beispiel: trockener und
nasser Sand). Bindige Böden können geringe Zugspannungen übertragen. Der Zusammenhalt
wird durch den Kohäsionsfaktor
c
0
beschrieben.
Bindige Bodenarten sind Lehm, Kleie, Schluff, Geschiebemergel, Torf und Ton. Sie haben i. A.
eine plättchenförmige Struktur und kleine Korngrößen von ca. 0,001-0,06 mm. Ihre Schütt-
Nichtbindige Arten sind Sand und Kies mit rundlicher Struktur und Korngrößen von 0,06
(Sand) bis 65mm (Kies). Die Schüttwichten im Wasser betragen zwischen 10 (Kies) und
sowie Gemische aus den o. g. Arten.
Je nachdemwie stark die Böden verdichtet sind, unterscheidet man zwischen lockeren, mittel-
dichten, dichten und sehr dichten Böden. Die Räume zwischen den Körnern sind mit Wasser
gefüllt.
Zur Ermittlung der Tragfähigkeit einer Gründung sind die folgenden mechanischen Kenngrö-
ßen von Böden notwendig (Zahlenwerte nach
[19]
):
Druckfestigkeit
æ
(Fließgrenze)
Á
Schub- oder Scherfestigkeit
ø
Á
0
innerer Reibungswinkel
'
(ähnlich zum Schüttwinkel): imWasser ca. 30-40 Grad für nicht-
bindige, ca. 15-25 Grad für bindige Böden
Á
0
: ca. 2-8 kN/m
2
für nichtbindige, ca. 5-25 für bindige Böden
Kohäsionsfaktor
c
Á
Sekantenmodul
E
S
: ca. 20-300 MN/m
2
für nichtbindige, ca. 0,5-100 für bindige Böden
Á
°
3
für dichten Ton
Die Permeabilität (Wasserdurchlässigkeit) gibt an, wie schnell Wasser durch die Bodenart
fließt. Bei dynamischen Belastungen, z. B. Schwingungen oder durchlaufenden Wellen, ändert
sich der Wasserdruck im Boden zeitlich. Passt er sich bei einer zu geringen Permeabilität nicht
entsprechend schnell dem umgebenden statischen Druck an, entsteht ein Über- oder Un-
terdruck (der sogenannte Porenwasserdruck). Die zeitliche Änderung des Porenwasserdrucks
wird durch seinen Gradienten
p
(
t
) beschrieben. Übersteigt dieser Wert die Fließgrenze des
Bodens, wird die Scherfestigkeit des Bodens zu null, d. h., der Boden verliert seine Tragfä-
higkeit vollständig, er „verflüssigt“ sich. Die Berechnung dieses Effekts ist zurzeit noch nicht
ausreichend genau möglich, er muss aber grundsätzlich bei der Gründungsauslegung mit
beachtet werden.
Die Bestimmung der Bodeneigenschaften erfolgt meistens experimentell, z. B. durch seismi-
sche Methoden oder durch Laboruntersuchungen an Proben aus den lokalen Bohrungen. Ein
bewährtes Verfahren ist die Untersuchung mit dem Triaxialgerät. Damit können die wichtigs-
ten Bodenkennwerte durch Variation der Parameter (Spannungen in den drei Richtungen,
°
5
m/s für lockeren Sand, ca. 10
Permeabilität
k
:ca.5
·
10
Á
