Überwachungskonzept für Grout-Verbindungen am Beispiel der FINO3-Plattform
Fachhochschule Kiel - Fachbereich Medien - Bauwesen, Institut für Bauwesen
Prof. Dr.-Ing. Stephan Görtz
Prof. Dr.-Ing. Peter Rozsar
Prof. Dr.-Ing. Kenji Reichling
Als Grout-Verbindung bezeichnet man die Nahtstelle zwischen Gründungsbauwerk und aufgehender Tragstruktur. Mittels hochfestem Mörtel (Grout) wird bei Offshore-Bauwerken der Zwischenraum zwischen zwei Stahlrohren kraftschlüssig verbunden. Die Bedingungen bei der Montage Offshore sind sehr schwierig und die eingesetzten Materialien sind aufgrund ihrer technischen Merkmale in Verbindung mit den Verarbeitungsbedingungen nicht unproblematisch. Der Zustand von Grout-Verbindungen in Offshore-Bauwerken lässt sich derzeit nicht optimal überwachen. Die ständigen Änderungen aus der dynamischen Belastung durch Wind und Wellen sind nur schwer erfassbar.
Ziel ist die Entwicklung eines Konzepts zur Überwachung von Grout-Verbindungen. Das Überwachungskonzept basiert sowohl auf einer robusten Sensortechnik, die einen ausreichenden Korrosionswiderstand gegen Chloride aufweist, als auch auf individuell angepassten Warnstufen für die Tragfähigkeitsbeurteilung.
Um eine ausreichende Kraftübertragung zwischen Mono-Pile und Transition-Piece sicherzustellen muss der verbindende Mörtel eine ausreichende Festigkeit, Steifigkeit und Dauerhaftigkeit aufweisen. Strukturschädigungen wie Rissbildung, Kiesnester oder hohe Porositäten, teils bei der Herstellung oder Nutzung entstanden, können die Festigkeit und die Steifigkeit signifikant reduzieren. Erfahrungen zeigen, dass sowohl Schwindrisse, die kurzfristig nach Erstellung auftreten und an der Oberfläche sichtbar sind, aber auch Ermüdungsrisse im Inneren der Grout-Verbindung auftreten können.
Eine Überwachung des Mörtelgefüges ist daher eine wesentliche Maßnahme zur Sicherstellung der Tragfähigkeit von Offshore-Plattformen. Derzeit stehen jedoch keine Systeme zur Verfügung, die Rückschlüsse auf die Resttragfähigkeit von Grout-Verbindungen ermöglichen.
Das Ministerium für Wirtschaft, Verkehr, Arbeit, Technologie und Tourismus des Landes Schleswig-Holstein, Förderung aus dem Landesprogramm Wirtschaft 2021-2027 mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) sowie Landesmitteln.
Vorgehen & Ziele
Das Ziel der Messungen an der Grout-Verbindung besteht in der Ermittlung von Dehnungen im mittelbaren und unmittelbaren Bereich der Grout-Verbindung, um indirekt Rückschlüsse über den Schädigungsgrad (i. W. Rissbildung) zu gewinnen. Neben Dehnungsmessungen am Mono-Pile, am Transition-Piece und dem Grout-Mörtel sollen auch Schwingungsmessungen an der gesamten Konstruktion durchgeführt werden. Darüber hinaus soll die sensorische Erfassung der Rissbreitenänderungen geprüft und ggf. umgesetzt werden. Auf Basis der Messergebnisse sollen Rückschlüsse auf die Kraftübertragung der Grout-Verbindung gezogen werden. Hierzu müssen Sensoren vornehmlich über den Umfang des Transition-Piece angebracht werden (oberhalb der Grout-Verbindung), so dass auf die einwirkende Beanspruchung der Grout-Verbindung rückgeschlossen werden kann. Zusätzlich sollten auf Höhe der Grout-Verbindung an verschiedenen Stellen über den Umfang Sensoren auf der Innenseite des Mono-Pile angebracht werden, so dass auf die Dehnungszuwächse und damit indirekt die Schubkraftübertragung rückgeschlossen werden kann.
Ein Konzept sieht vor, Teile der Messtechnik in einen Spezialmörtel einzubetten, der einen extrem hohen Chlorideindringwiderstand aufweist. Die so eingebettete Messtechnik könnte in den Grout-Mörtel nach vorherigem minimalinvasivem Bohren oder Schlitzen eingebaut werden. Dies hätte den weiteren Vorteil, dass die Verbindung zwischen Mörtel und Sensor unter optimalen Voraussetzungen im Labor hergestellt werden kann. Des Weiteren sollen die Relativverschiebungen zwischen Mono-Pile, Transition-Piece und Grout-Mörtel erfasst werden. Hierzu eignen sich insbesondere Wegaufnehmer. Da diese vor den korrosiven Einflüssen zu schützen sind, sind entsprechende Schutzsysteme zu eruieren und ggf. zu entwickeln.