Der Pfahlquerschnitt muss nicht nur zum Montagesystem und den baubetrieblichen Randbedingungen passen. Er muss insbesondere auf die statischen Einwirkungen und die Bodensteifigkeit abgestimmt sein: Die richtige, standortbezogene Auswahl des Pfahlquerschnittes ist somit ein entscheidender Parameter beim Pfahldesign. Letztlich wirken Pfahl- und Bodensteifigkeit im Team zusammen bei der Abtragung der Lasten und bestimmen gemeinsam über Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Langlebigkeit einer Investition in eine Freiflächen-Photovoltaikanlage. Die Bodensteifigkeit wiederum kann nicht aus “Lehrbüchern” abgelesen und auch nicht berechnet werden; Schätzungen wiederum können erheblich von der Realität abweichen, mit negativen Folgen für Wirtschaftlichkeit oder Sicherheit der Pfahlkonstruktion.
Beispiele dreier verschiedener Rammpfahlquerschnitte
Praktisches Beispiel: Wenn ein Pfahl sich als zu schwach erweist, um die Horizontalkomponente aus Windbelastung aufzunehmen, würde es lediglich Materialkosten vergeuden, aber nicht die Sicherheit der Gründung erhöhen, wenn der Pfahl zwar verlängert würde, aber nicht steif genug wäre, um die Lasten in tiefere, festere Bodenschichten zu übertragen… In diesem Fall kann es stattdessen zielführend sein, ohne Erhöhung der Pfahltiefe auszukommen und stattdessen einen steiferen Pfahlquerschnitt zu wählen, um sowohl die Pfahlstandsicherheit als auch den Materialverbrauch zu optimieren und so technische wie auch wirtschaftliche Belange des Pfahldesigns ins Lot zu bringen und somit Ingenieure wie auch Betriebswirte gleichermaßen zufrieden zu stellen.
Pfahlsteifigkeit, Pfahllänge und Steifigkeit des Untergrundes: Anschauliches Modell zur Erklärung der Wechselwirkung zwischen diesen drei Parametern
In dem oben abgebildeten Modell stellen die beiden Metallstäbe links und rechts jeweils Pfähle mit unterschiedlicher Steifigkeit dar; dies können in der Realität Rammpfähle oder aber auch z.B. Schraubpfähle mit umlaufendem Gewinde oder Helix am Pfahlfuß sein. Im Bildquadrant links unten ist ein “fabrikneu” im Boden eingebrachter relativ steifer Pfahl im horizontal ausgelenkten Zustand zu sehen. Die Abbildung im Quadranten unten rechts wiederum zeigt im direkten Vergleich, dass bei einem zu dünnen Pfahlquerschnitt, d. h. bei unzureichend dimensionierter Biegesteifigkeit oder korrosionsbedingter Schwächung, die seitliche Verformung – bei identischer horizontaler Belastung – drastisch zunehmen kann. Dies kann beispielsweise dann zu einem Problem werden, wenn Pfähle mit unterschiedlicher Steifigkeit abwechselnd innerhalb der Konstruktion als stützende Elemente auftreten: Befinden sich Fundamente mit unterschiedlicher Steifigkeit unter einem Solartisch, kann dies sogar zu einem Reißverschlusseffekt mit Überlastung der steiferen Fundamente führen, die bei aufgezwungener Verformung mehr als die ihnen zugedachten Lasten übernehmen müssen. Die steiferen Pfähle müssen nämlich dann für die weicheren Nachbarpfähle “einspringen” und können in der Folge – trotz der als vergleichsweise hoch anzusehenden Tragfähigkeit – unplanmäßig überlastet werden; weiterhin kann es bei periodischer Lastumkehr auch zu einem geometrischen Spiel bzw. Spalt zwischen Boden und Pfahl kommen und in der Folge zu einem Wechsel von statischer zu dynamischer Belastung unter Windeinwirkung, insbesondere auch wenn die Korrosion bei zusammengesetzten Pfahlquerschnitten in den Koppelelementen auftritt und eine kinematische Kette an Pfahlabschnitten entsteht. Die restliche Tragkraft wird hiermit dann wiederum entscheidend von der Steifigkeit des seitlich am Pfahl anliegenden Bodens mit bestimmt.
Genau aus den hier ausgeführten Gründen untersucht AquaSoli direkt vor Ort am geplanten Standort eines Projektes mittels Pfahlprobebelastungen präzise die Biegesteifigkeit des Pfahl-Boden-Gründungstragystemes und ermittelt zusätzlich auch die Korrosivität des Bodens, damit die Planer einer Photovoltaik-Freiflächenanlage einer unzulässigen Gefährdung von Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit der Fundamente durch entsprechende Korrosionsschutzmaßnahmen begegnen zu können.
