TY - CONF A1 - Kemmler, Samuel A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Rettinger, C. A1 - Köstler, H. T1 - A Fluid-Solid Coupled Micromechanical Simulation for the Analysis of Piping Erosion During the Seabed Installation of a Suction Bucket Foundation N2 - Suction buckets are a promising concept for the foundations of offshore wind turbines. During the installation process of a suction bucket, localized fluidization of the granular soil, so-called piping erosion, may lead to installation failure. A 3D fluid-solid coupled micromechanical simulation is presented to study the occurrence of piping. An Euler-Lagrangian coupling employs momentum exchange between the fluid phase and the geometrically resolved particles. We investigate the behavior of the soil for three cases with varying prescribed suction velocities. We observe piping in the case with the highest suction velocity by analyzing the deformation of the granular fabric and monitoring the differential pressure. The grains under the bucket wall-tip show the highest hydraulic gradients and forces at the onset of piping. This approach permits a detailed analysis of piping phenomena and brings novel insights on the triggering conditions for piping failure of suction-aided foundations. T2 - TC 105 International Symposium CY - Grenoble, France DA - 23.09.2024 KW - Micromechanical simulation KW - Piping erosion KW - Suction bucket foundation PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-629461 DO - https://doi.org/10.1088/1755-1315/1480/1/012024 SN - 1755-1307 VL - 1480 IS - 1 SP - 1 EP - 4 PB - IOP Publishing AN - OPUS4-62946 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias A1 - Brauser, S. T1 - SmartWeld - Leichtbautechnik für Tragstrukturen von Offshore Windenergieanlagen N2 - Die Anwendung von Leichtbauprinzipien im Stahlbau, wie z.B. die Verwendung von aufgelösten Tragstrukturen, sog. Jackets-Fundamenten, bietet ein großes Potential zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs, insbesondere im Hinblick auf die benötigte Stahlmenge. In diesem Vortrag zeigen wir die Potenziale einer vollständigen Digitalisierung der schweißtechnischen Fertigungs- und Prüfkette auf, um eine vollautomatische Fertigung sowie Qualitätsprüfung von Rohrknoten als Schlüsselelement von Jackets-Fundamenten zu ermöglichen. Darüber hinaus wird der Zusammenhang zwischen der Geometrie der Nahtform und der resultierenden Ermüdungsfestigkeit durch numerische Methoden unter Einbeziehung bionischer Prinzipien bewertet. Es wird gezeigt, dass Hohlprofilknoten vollautomatisch unter Berücksichtigung von Geometrietoleranzen geschweißt werden können. Darüber hinaus konnte die Nahtform gemäß den numerischen Modellen hergestellt werden, was ein großes Potenzial für eine verlängerte Lebensdauer bietet. Anschließend werden die Verbesserungen bei der Ressourceneffizienz und die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen durch eine Lebenszyklusanalyse bewertet. T2 - 11. Zukunftskonferenz Wind & Maritim CY - Rostock, Germany DA - 01.09.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbauprinzipien KW - Automatisierte Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56654 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Ziel des Verbundvorhabens „SmartWeld“ ist es, für die schweißtechnische Fertigung von Stahlbaustrukturen exemplarisch am Beispiel von Hohlprofilknoten, welche als designrelevante Elemente von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) einsetzbar sind, die Möglichkeiten des Leichtbaus unter konsequenter Digitalisierung der Fertigungskette aufzuzeigen, um einerseits die Ressourceneffizienz zu forcieren und gleichzeitig wettbewerbsfähige Fertigungsstrategien aufzuzeigen. Innerhalb von „SmartWeld“ werden daher die Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Fertigung von Leichtbau-Gründungsstrukturen am Beispiel aufgelöster Tragstrukturen (Jackets) aufgezeigt. Eine lastgerechte Auslegung der Schweißverbindungen nach bionischen Prinzipien ermöglicht, weitere Einsparpotenziale an Ressourcen bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer zu erschließen. Die Ausnutzung konstruktiver Prinzipien des Leichtbaus zur Erzeugung innovativer und ressourcenschonender Produkte erfordert den Einsatz digitaler Werkzeuge in der Designphase, der virtuellen Absicherung, der Fertigung und Qualitätsüberwachung sowie nachgelagerten Bauteilprüfung zur Abbildung der Nutzungsphase. Im Rahmen der Arbeiten wird daher der gesamte Produktentstehungs- und Prüfprozess betrachtet. Dies beinhaltet das Design im Kontext des konstruktiven Leichtbaus, den schweißtechnischen Fertigungsprozess, die Bauteilprüfung sowie den Transfer der Ergebnisse in die Industrie durch serientaugliche Demonstratoren. Der Fokus der Arbeiten ist, die Fertigung auch im Umfeld eines für großskalige Stahlstrukturen üblichen hohen Individualisierungsgrades schweißtechnisch zu automatisieren und das Leichtbaupotenzial gezielt umzusetzen. Die Vorgaben aus der Designphase hinsichtlich einer lastgerechten Gestaltung bzw. Implementierung bionischer Ansätze können so gezielt durch einen adaptiven, automatisierten Schweißprozess eingestellt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Ermüdungs¬festigkeit und damit Produktlebensdauer, wodurch die Strukturen dünnwandiger ausgeführt und Ressourcen sowie CO2 eingespart werden können. T2 - Sitzung des DVS Fachausschuss FA03 - Lichtbogenschweißen CY - Rostock, Germany DA - 11.10.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Automatisierte schweißtechnische Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Offshore wind energy plays an important role for the desired transition towards a carbon dioxide free industry within the next decades. However, the grounding of the offshore wind plants governs the overall installation process besides bureaucratic bottlenecks. The application of lightweight principles in steel construction, e.g. the usage dissolved load-bearing structures, so called Jackets foundations, offer great potential in reducing the resource consumption, especially with respect to the needed amount of steel. In this context this presentation focuses on a fully digitalization of the welding manufacturing and as well as testing chain to enable a fully automated manufacturing as well as quality assessment of tubular nodes as key element of Jackets foundation structures. Furthermore, the relationship between the seam shape geometry and resulting fatigue strength is evaluated by numerical methods incorporating bionic principles. It is shown that tubular nodes can be welded fully automatically taking geometry tolerances into account. Moreover, the seam shape could be manufactured as requested by the numerical models which offers great potential for an extended lifetime. Subsequently, the improvements in resource efficiency and reduction of carbon dioxide emissions are evaluated by a life-cycle-assessment. T2 - Leichtbau in der Hauptstadtregion - Rohstoffe - Recycling - Rohstoffe: Kreislaufwirtschaft im Leichtbau CY - Berlin, Germany DA - 28.11.2022 KW - Offshore Windenergie KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Automatisierte schweißtechnische Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56657 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Ziel des Verbundvorhabens „SmartWeld“ ist es, für die schweißtechnische Fertigung von Stahlbaustrukturen exemplarisch am Beispiel von Hohlprofilknoten, welche als designrelevante Elemente von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) einsetzbar sind, die Möglichkeiten des Leichtbaus unter konsequenter Digitalisierung der Fertigungskette aufzuzeigen, um einerseits die Ressourceneffizienz zu forcieren und gleichzeitig wettbewerbsfähige Fertigungsstrategien aufzuzeigen. Innerhalb von „SmartWeld“ werden daher die Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Fertigung von Leichtbau-Gründungsstrukturen am Beispiel aufgelöster Tragstrukturen (Jackets) aufgezeigt. Eine lastgerechte Auslegung der Schweißverbindungen nach bionischen Prinzipien ermöglicht, weitere Einsparpotenziale an Ressourcen bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer zu erschließen. Die Ausnutzung konstruktiver Prinzipien des Leichtbaus zur Erzeugung innovativer und ressourcenschonender Produkte erfordert den Einsatz digitaler Werkzeuge in der Designphase, der virtuellen Absicherung, der Fertigung und Qualitätsüberwachung sowie nachgelagerten Bauteilprüfung zur Abbildung der Nutzungsphase. Im Rahmen der Arbeiten wird daher der gesamte Produktentstehungs- und Prüfprozess betrachtet. Dies beinhaltet das Design im Kontext des konstruktiven Leichtbaus, den schweißtechnischen Fertigungsprozess, die Bauteilprüfung sowie den Transfer der Ergebnisse in die Industrie durch serientaugliche Demonstratoren. Der Fokus der Arbeiten ist, die Fertigung auch im Umfeld eines für großskalige Stahlstrukturen üblichen hohen Individualisierungsgrades schweißtechnisch zu automatisieren und das Leichtbaupotenzial gezielt umzusetzen. Die Vorgaben aus der Designphase hinsichtlich einer lastgerechten Gestaltung bzw. Implementierung bionischer Ansätze können so gezielt durch einen adaptiven, automatisierten Schweißprozess eingestellt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Ermüdungs¬festigkeit und damit Produktlebensdauer, wodurch die Strukturen dünnwandiger ausgeführt und Ressourcen sowie CO2 eingespart werden können. T2 - 9. Forum Leichtbau - Fortschrittliche Fertigungstechnologien und Werkstoffe für den Klimaschutz CY - Berlin, Germany DA - 29.09.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Bionik KW - Automatisierte schweißtechniche Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56655 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Hille, Falk A1 - Hofmann, Detlev A1 - Kind, Thomas ED - Isecke, B. ED - Krieger, J. T1 - Überwachung der Brücke Altstädter Bahnhof, Brandenburg./H. Begleituntersuchungen mit moderner Sensorik und zerstörungsfreier Prüfung N2 - Die B1 Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel wurde im Dezember 2019 aufgrund von während einer turnusmäßigen Inspektion entdeckten Rissen und Hohlstellen entlang der vorgespannten Längsträger gesperrt und im Mai 2021 abgebrochen. In der Zwischenzeit wurde die Brücke detailliert überwacht. Vor dem Abriss wurden zudem umfangreiche Untersuchungen zur Bestandsaufnahme und Schadensanalyse sowie Tests moderner Sensorik vorgenommen. Dabei konnte sowohl die richtige, zuvor nicht sicher bekannte Anzahl von Spanngliedern in den Querträgern sicher ermittelt werden als auch durch moderne Varianten der Schwingungsmessungen und der faseroptischen Sensorik zusätzliche Kenntnisse püber das Bauwerksverhalten ermittelt werden . In dem Beitrag werden die Verfahren mit ihren Möglichkeiten und Grenzen vorgestellt, die Ergebnissee an der Brücke in Brandenburg erläutert und zukünftige Einsatzmöglichkeiten diskutiert. T2 - 5. Brückenkolloquium CY - Ostfildern, Germany DA - 06.09.2022 KW - Monitoring KW - Brücke KW - Radar KW - Vibration KW - Faseroptik PY - 2022 SN - 978-3-8169-3549-0 SP - 555 EP - 566 PB - Expert Verlag CY - Tübingen AN - OPUS4-55627 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Überwachung der Brücke Altstädter Bahnhof, Branden-burg./H. N2 - Die B1 Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel wurde im Dezember 2019 aufgrund von während einer turnusmäßigen Inspektion entdeckten Rissen und Hohlstellen entlang der vorgespannten Längsträger gesperrt und im Mai 2021 abgebrochen. In der Zwischenzeit wurde die Brücke detailliert überwacht. Vor dem Abriss wurden zudem umfangreiche Untersuchungen zur Bestandsaufnahme und Schadensanalyse sowie Tests moderner Sensorik vorgenommen. Dabei konnte sowohl die richtige, zuvor nicht sicher bekannte Anzahl von Spanngliedern in den Querträgern sicher ermittelt werden als auch durch moderne Varianten der Schwingungsmessungen und der faseroptischen Sensorik zusätzliche Kenntnisse püber das Bauwerksverhalten ermittelt werden . In dem Beitrag werden die Verfahren mit ihren Möglichkeiten und Grenzen vorgestellt, die Ergebnissee an der Brücke in Brandenburg erläutert und zukünftige Einsatzmöglichkeiten diskutiert. T2 - 5. Brückenkolloquium CY - Ostfildern, Germany DA - 06.09.2022 KW - Monitoring KW - Brücke KW - Radar KW - Vibration KW - Faseroptik PY - 2022 AN - OPUS4-55628 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baeßler, Matthias T1 - Introduction to the Workshop Life Time Extension N2 - The article introduces the topic of life time extension for offshore wind turbines. On the one hand, analogies are drawn with the topic of old steel bridges. On the other hand, potential regulatory issues and minimum requirements are discussed. T2 - Workshop Offshore Wind CY - Berlin, Germany DA - 26.02.2025 KW - Life Time Extension KW - Offshore Wind PY - 2025 AN - OPUS4-62640 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kemmler, Samuel T1 - A Fluid Solid Coupled Micromechanical Simulation of Piping Erosion During the Installation of a Suction Bucket for the Foundation of an Offshore Wind Turbine N2 - We present our approach and methodology for simulating piping erosion, which occurs during the installation process of suction bucket foundations for offshore wind turbines. We show several simulations and analyze the hydrodynamic and contact forces acting on the granular fabric and the differential pressure of the fluid phase. We demonstrate weak scaling performance on the LUMI supercomputer with a parallel efficiency of up to 90% for 4096 Graphics Compute Dies. T2 - 9th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS) CY - Lisbon, Potugal DA - 03.06.2024 KW - Offshore wind turbine KW - Suction bucket KW - Coupled fluid-particle simulation KW - High-performance computing PY - 2024 AN - OPUS4-60207 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kemmler, Samuel A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Artinov, Antoni A1 - Luu, Li-Hua A1 - Farhat, Abbas A1 - Philippe, Pierre A1 - Rettinger, Christoph A1 - Köstler, Harald T1 - A fully-resolved micromechanical simulation of piping erosion during a suction bucket installation N2 - Granular fluidization phenomena such as piping erosion represent a challenge to the delicate installation process of offshore suction bucket foundations. A detailed analysis of the complex conditions in terms of soil composition, soil state, and foundation installation parameters that may lead to piping can be very demanding, if at all possible, solely by experimental means or using macroscopic continuum-based seabed models. The present paper presents a fully-resolved fluid-coupled micromechanical approach for a three-dimensional numerical simulation of the installation process of a suction bucket using the lattice Boltzmann method and discrete element method. The developed model is validated using well-established benchmarks and calibrated by means of experimental data from physical model tests on relevant scenarios focusing on the local fluidization of fixed embedded suction buckets as well as on the suction-driven installation of unrestrained buckets. The qualitative and quantitative agreement with the experimental data both endorse the proposed methodology and highlight the physical soundness of the obtained results. Thereby, the paper shows that three-dimensional analyses of relevant local scenarios at a real scale with little macromechanical model assumptions are feasible. KW - Micromechanical simulation KW - Fluid–solid coupling KW - Piping erosion KW - Suction bucket foundation KW - Offshore wind support structure KW - High-performance computing PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-633790 DO - https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2025.107375 SN - 0266-352X VL - 186 SP - 1 EP - 17 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-63379 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Balscheit, Hagen T1 - Experimental Investigation on Buckling Behavior of soil-embedded Piles N2 - Monopile-Gründungen sind die mit Abstand am häufigsten verwendete Gründungskonstruktion für Offshore-Windenergieanlagen. Ein wesentliches Problem bei der Bemessung ist das lokale Beulen des Gründungspfahls, welches typischerweise im Bereich der Bettung auftritt. Aufgrund der Nichtlinearität der Bettungsrandbedingung sind klassische Bemessungsansätze nicht anwendbar, so dass der Bemessungsingenieur auf eine vollständig numerische Berechnung zurückgreifen muss. In diesem Vortrag wird eine experimentelle Versuchskampagne zur Erzeugung von Kalibrierungsdaten für solche numerischen Modelle vorgestellt. Eine ausführlichere Darstellung findet sich im gleichnamigen Artikel. T2 - EUROSTEEL 2023 CY - Amsterdam, Netherlands DA - 11.09.2023 KW - Wind KW - Wind Energy KW - Offshore KW - Shell Buckling KW - Soil-Structure-Interaction PY - 2023 AN - OPUS4-58365 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baeßler, Matthias A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Schepers, Winfried T1 - VERBATIM: Project Introduction and Large Scale Experiments N2 - The presentation summarizes the scope of the joint project VERBATIM on buckling of large Monopiles. The presented work from the authors focusses on the experimental field tests of large predented piles during driving and a numerical investigation on the observed buckling behaviour. T2 - Colloquium „Buckling of Offshore Wind Energy Structures“ CY - Berlin, Germany DA - 14.02.2024 KW - Buckling KW - Offshore KW - Wind Energy Structures KW - Monopiles KW - Pile-Tip-Buckling PY - 2024 AN - OPUS4-59535 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zinas, Orestis A1 - Papaioannou, Iason A1 - Schneider, Ronald A1 - Cuéllar, Pablo T1 - Multivariate Gaussian Process for 3D subsurface stratigraphy prediction from CPT and labelled borehole data N2 - Quantifying uncertainties in subsurface properties and stratigraphy can lead to better understanding of the ground conditions and enhance the design and assessment of geotechnical structures. Several studies have utilized Cone Penetration Test (CPT) data and employed Bayesian and Machine Learning methods to quantify the geological uncertainty, based on the Robertson’s soil classification charts and the Soil Behaviour Type Index (Ic). The incorporation of borehole data can reduce the stratigraphic uncertainty. Significant challenges can arise, however, mainly due to the intrinsic differences between field and laboratory-based soil classification systems, which can potentially lead to inconsistent soil classification. To this end, this study proposes a multivariate Gaussian Process model that utilizes site-specific data and: i) jointly models multiple categorical (USCS labels) and continuous (Ic) variables, ii) learns a (shared) spatial correlation structure and the betweenoutputs covariance, and iii) produces two types of dependent classification outputs. The results indicate that the integration of geotechnical and geological information into a unified model can provide more reliable predictions of the subsurface stratification, by allowing simultaneous interpretation of USCS and Ic profiles. Importantly, the model demonstrates the potential to integrate multiple variables of different types, aiming to contribute to the development of a methodology for joint modeling of geotechnical, geological and geophysical data. T2 - 7th International Conference on Geotechnical and Geophysical Site Characterization CY - Barcelona, Spain DA - 18.06.2024 KW - Geotechnical site-characterization KW - Probabilistic KW - Soil classification KW - Gaussian Process PY - 2024 SP - 1733 EP - 1740 AN - OPUS4-60712 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zinas, Orestis A1 - Papaioannou, Iason A1 - Schneider, Ronald A1 - Cuéllar, Pablo T1 - Spatial modeling of heterogeneous geotechnical site investigation data using multivariate Gaussian Process N2 - This presentation is part of the Engineering Risk Analysis group open seminars. It aims to showcase the results of an ongoing study centered on developing a novel probabilistic methodology for 3D geotechnical site characterization. This methodology integrates data from Cone Penetration Tests (CPTs) and categorical borehole data. The presentation covers the mathematical details of the proposed Multivariate Gaussian Process model and demonstrates its application to a real geotechnical site in New Zealand. T2 - ERA Seminars CY - Munich, Germany DA - 24.07.2024 KW - Geotechnical site-characterization KW - CPT KW - Boreholes KW - Gaussian Process PY - 2024 AN - OPUS4-60716 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Cuéllar, Pablo T1 - Geotechnical challenges in the field of Offshore Wind Energy. Micromechanical perspectives beyond the FEM N2 - This talk provides a brief overview on some geomechanical phenomena and problematic issues in the field of offshore wind-energy geotechnics, with reference to their associated challenges for a numerical analysis/simulation. These may include large deformations, fluid coupling and grain-scale phenomena, all of which are generally difficult to be addressed with conventional FE techniques. These challenges are illustrated here with a practical example for the retrofit of axially loaded piles using compaction grouting techniques. In this case, the mechanical effects of the retrofit may be analysed with standard FE techniques, but require the adoption of strong assumptions, while the injection process itself can only be analysed with special techniques such as the MPM. Finally, an LBM-DEM framework for the micromechanical analysis of such problems is introduced and a practical application for the estimation of the soil resistance to driving (SRD) in layered profiles is discussed. T2 - Online Symposium on Meshfree models for Engineers: Where are they really worthwhile? CY - Online meeting DA - 01.12.2022 KW - Offshore wind energy KW - Offshore geotechnics KW - Micromechanical simulation KW - LBM-DEM KW - Pile retrofit system PY - 2022 AN - OPUS4-56450 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Farhat, Abbas A1 - Philippe, Pierre A1 - Luu, Li-Hua A1 - Doghmane, Alexis A1 - Cuéllar, Pablo T1 - Hydraulic failure of granular materials with artificial cementation N2 - This paper presents an experimental study on the hydraulic failure of a submerged layer of cemented soil stressed by a localized upward water flow. Different mixtures of glass beads bonded with solid paraffin bridges were used as artificial material for the cemented granular soil. Variations in the cementation strength of the material were carefully introduced with different particle sizes and binder contents. The hydraulic fracture tests were then carried out with an upward flow injected at a controlled rate through a small section at the bottom of the samples. From a phenomenological perspective, the results reveal the existence of at least three modes of failure for a cemented soil layer: (1) overall block uplift, (2) block rupture by median crack at the inflow zone, and (3) progressive excavation of a fluidized path along the walls. The critical flow rate and pressure drop conditions at failure have been carefully quantified for the different mixtures and layer thicknesses, leading to a fair estimation of the hydraulic resistance of the samples, which here is found to be virtually independent of the grain size. However, the test results also showed inconsistent failure modes precluding so far the derivation of a simple phase diagram. Nevertheless, it was possible to rationalize all the measured data by employing appropriate modifications of the classical dimensionless numbers that describe the fluidization of purely frictional materials, whereby the cementation strength of the soil is quantified at the microscale through the yield tensile force of the intergranular bonds. Irrespective of its subsequent development, during which boundary conditions obviously play a major role, the initiation of the instability appears to take place very locally at the inlet when the drag force induced by the flow overcomes the cementation strength of the paraffin bonds. The results of this study thus appear to endorse the extension of the dimensional relationships of particulate systems in interaction with fluid flows to the case of cemented granular materials, in a similar vein as in recent previous studies. KW - Fluidized beds KW - Granular materials KW - Fluid Dynamics KW - Cemented soil PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.9.064305 SN - 2469-990X VL - 9 IS - 6 SP - 1 EP - 13 PB - American Physical Society AN - OPUS4-60803 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Brunier-Coulin, F. A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Philippe, P. T1 - Generalized Shields criterion for weakly cohesive granular materials N2 - The erosion of natural sediments by a superficial fluid flow is a generic situation in many usual geological or industrial contexts. However, there is still a lack of fundamental knowledge about erosional processes, especially concerning the role of internal cohesion and adhesive stresses on issues such as the critical flow conditions for the erosion onset or the kinetics of soil mass loss. This contribution investigates the influence of cohesion on the surface erosion by an impinging jet flow based on laboratory tests with artificially bonded granular materials. The model samples are made of spherical glass beads bonded either by solid bridges made of resin or by liquid bridges made of a highly viscous oil. To quantify the intergranular cohesion, the capillary forces of the liquid bridges are here estimated by measuring their main geometrical parameters with image-processing techniques and using well-known analytical expressions. For the solid bonds, the adhesive strength of the materials is estimated by direct measurement of the yield tensile forces and stresses at the particle and sample scales, respectively, with specific traction tests developed for this purpose. The proper erosion tests are then carried out in an optically adapted device that permits a direct visualization of the scouring process at the jet apex by means of the refractive index matching technique. On this basis, the article examines qualitatively the kinetics of the scour crater excavation for both scenarios, namely, for an intergranular cohesion induced by either liquid or solid bonds. From a quantitative perspective, the critical condition for the erosion onset is discussed specifically for the case of the solid bond cohesion. In this respect, we propose here a generalized form of the Shields criterion based on a common definition of a cohesion number from yield tensile values, derived at both micro- and macroscales. The article finally shows that the proposed form manages to reconcile the experimental data for cohesive and cohesionless materials, the latter in the form of the so-called Shields curve along with some previous results of the authors which have been appropriately revisited. KW - Hydraulic jet erosion KW - Cohesive granular materials KW - Jet erosion test PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.5.034308 VL - 5 IS - 3 SP - 034308 PB - American Physical Society AN - OPUS4-50613 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zinas, Orestis T1 - Potentials of probabilistic approaches in offshore foundation installation N2 - This presentation discusses the potentials of probabilistic methods in offshore foundation installation, from the perspective of probabilistic ground models and data-driven site characterization. We discuss about methodologies for utilizing site-specific geotechnical (CPT) and geological data, aiming to construct an integrated ground model that can predict stratigraphic profiles and useful for geotechnical design parameters at any location within a 3D domain. The predicted parameters and stratigraphy are then used to predict the probability of potential pile tip damage, upon collision with a boulder. T2 - Colloquium Buckling of Offshore Wind Energy Structures CY - Berlin, Germany DA - 14.02.2024 KW - Wind KW - Offshore KW - Buckling KW - Probabilistic KW - Ground PY - 2024 AN - OPUS4-59538 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Cuéllar, Pablo T1 - Deep foundations for offshore wind turbines. Part 2: Lateral behaviour and Advanced topics T1 - Cimentaciones profundas para aerogeneradores marinos. Parte 2: Comportamiento lateral y temas avanzados N2 - his presentation deals with the phenomenology and design of pile foundations for offshore wind turbines, and is divided into two lectures. The second lecture continues with the case of laterally loaded offshore piles, which bears most relevance for the case of the monopile foundations. Here again, a clear separation between physical reality and design methods is intended. Finally, the last part of the second lecture introduces several advanced topics which lie outside the classical design approaches, namely the hydromechanical coupling effects (i.e. the excess pore-pressure generation around the monopiles), the cyclic pile fatigue and the so-called pile setup (i.e. the time effects on the axial pile capacity). The relevance of the latter two topics is illustrated with experimental results from a field testing campaign on real large-scale piles. T2 - CEDEX-UNED 2021 Master course on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering CY - Online meeting DA - 24.03.2021 KW - Offshore wind energy KW - Deep foundations KW - Offshore geomechanics KW - Lateral load bearing KW - Cyclic degradation KW - Pile ageing PY - 2021 AN - OPUS4-52342 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Cuéllar, Pablo T1 - Deep foundations for offshore wind turbines. Part 1: Axial behaviour T1 - Cimentaciones profundas para aerogeneradores marinos. Parte 1: Comportamiento axial N2 - This presentation deals with the phenomenology and design of pile foundations for offshore wind turbines, and is divided into two lectures. The first lecture presents a brief introduction to the context and peculiarities of such foundations, and then focuses on the particular case of axially loaded piles. This part is most relevant for the relatively slender piles of the multi-pile substructures (i.e. jackets and tripods). A clear distinction between physical phenomenology and practical design is drawn here. T2 - CEDEX-UNED 2021 Master course on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering CY - Online meeting DA - 24.03.2021 KW - Offshore wind energy KW - Deep foundations KW - Offshore geomechanics KW - Axial load bearing KW - Design models PY - 2021 AN - OPUS4-52341 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -