Drehfedersteifigkeit von WEA-Flachgründungen
Was die Typenprüfung fordert – und was der Baugrund unter dem Fundament beiträgt
Die Typenprüfung einer Windenergieanlage setzt für die Gründung eine Mindest-Drehfedersteifigkeit voraus, getrennt für statische und dynamische Beanspruchung. Der Beitrag erläutert den Halbraumansatz, die Wahl des Schubmoduls aus Drucksondierungen und zeigt an einem Standort in Sachsen-Anhalt, wie groß die Reserve ist – und wo sie verloren geht.
SCHLAGWÖRTER · Windenergieanlage · Flachgründung · Drehfedersteifigkeit · Schubmodul · Drucksondierung
1Ausgangslage
Die Turmbemessung geht von einer bestimmten Einspannung am Fundament aus. Ist der Baugrund weicher, sinkt die Eigenfrequenz von Turm und Gründung und rückt an die Anregung durch den Rotor heran. Das typengeprüfte Fundamentdokument des Herstellers nennt deshalb zwei Mindestwerte: kφ,dyn für den Betrieb und kφ,stat für die Verdrehung unter Dauerlast; die Nachweisform regelt die DIBt-Richtlinie [1], [4]. Beide Werte sind standortbezogen nachzuweisen.
2Halbraumansatz
Für eine starre Kreisplatte auf dem elastisch-isotropen Halbraum gilt bei voll gedrückter Sohle [2], [3]:
G Schubmodul · R, D Radius, Durchmesser des Fundaments · ν Querdehnzahl (hier 0,30)
D geht in dritter Potenz ein, G linear. Maßgebend ist der Baugrund bis etwa 0,5 · D unter der Sohle; über dieses Fenster wird G gemittelt. Die Einbindung wird nicht angerechnet und bleibt Reserve. Klafft die Sohlfuge, sinkt kφ deutlich.
3Welcher Schubmodul?
Statisch folgt G aus dem Steifemodul; Es = 0,5 · M aus der Drucksondierung [5] setzen wir als vorsichtigen Erfahrungswert an. Dynamisch folgt G aus der Scherwellengeschwindigkeit, abgemindert auf das Dehnungsniveau im Betrieb [7]:
ρ Dichte · vs Scherwellengeschwindigkeit · fG Abminderung auf Betriebsdehnung (hier als Ansatz 0,80; genauer aus der Dehnung im Lastfall [1], [7])
4Beispiel Sachsen-Anhalt
Standort und Anforderungen zeigt der Kasten neben Bild 1. Nach G umgestellt zeigt Gl. (1), was der Baugrund leisten muss:
Dynamisch sind 22 MN/m² der Wert Gdyn, also G0 ≈ 28 MN/m². Statisch entspricht die Forderung nur rd. 15 MN/m² Steifemodul; an diesem Standort mit schluffigem Sand über Geschiebemergel ist die Drehfeder daher nicht maßgebend (Tabelle 1). Kritisch wird sie bei Mudde, Torf oder lockeren Sanden im Fenster 0,5 · D und bei kleineren Fundamenten.
| Sondierung | Gstat [MN/m²] | kstat [MNm/rad] | G0 [MN/m²] | Gdyn [MN/m²] | kdyn [MNm/rad] |
|---|---|---|---|---|---|
| CPT 1 | 22,0 | 257 869 | 190 | 152 | 1 782 111 |
| CPT 2 | 20,2 | 236 524 | 197 | 158 | 1 846 310 |
| CPT 3 | 16,2 | 190 602 | 165 | 132 | 1 553 510 |
| gefordert | 4,4 | 52 000 | ≈ 28 | 22 | 260 000 |
| Reserve | 3,7-fach | 6,0-fach |
5Empfehlungen
- Mindestens drei Drucksondierungen je Fundament, über den Umfang verteilt, bis 0,5 · D unter die Sohle oder Fortschreibung begründen.
- Statischen und dynamischen Nachweis getrennt führen, mit dem ungünstigsten Einzelwert, nicht dem Standortmittel.
- Es vorsichtig ansetzen, Einbindung nicht anrechnen; Weichschichten im Fenster früh erkennen.
- DIBt (2015) Richtlinie für Windenergieanlagen, Turm und Gründung. Fassung Okt. 2012, korr. März 2015
- DNV/Risø (2002) Guidelines for Design of Wind Turbines. 2nd ed., Kopenhagen/Roskilde
- Gazetas, G. (1991) Formulas and charts for impedances of surface and embedded foundations. J. Geotech. Eng. 117(9), 1363–1381
- Quast, A. (2015) Ansatz der Baugrundsteifigkeit bei der gesamtdynamischen Berechnung von WEA. Aktuelle Forschung in der Bodenmechanik, Springer
- Robertson, P. K. (2009) Interpretation of cone penetration tests – a unified approach. Can. Geotech. J. 46, 1337–1355
- DIN EN 1997-1 mit DIN 1054 · DIN 4019 · DIN EN ISO 22476-1
- DGGT (2018) Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugrunddynamik“. 2. Aufl., Ernst & Sohn
ZITIERVORSCHLAG: GeoStudys Consulting (2026): Drehfedersteifigkeit von WEA-Flachgründungen. GeoStudys Fachbeiträge, Heft 1, Beitrag 02. www.geostudys.com/fachbeitraege/drehfedersteifigkeit-wea.html