Wellenbelastung und Stabilität hydraulisch gebundener Deckwerke

Wissenschaftlicher Hintergrund

Bedingt durch die zunehmende Belastung der Deckwerke als Folge der Klimaänderungen und des stärker werdenden Schiffsverkehrs sowie durch die gestiegenen Anforderungen an die Sicherheit wird u.a. nach alternativen Uferschutz-Lösungen gesucht, die höheren Beanspruchungen schadlos widerstehen können, möglichst weniger Unterhaltung brauchen und ökologisch freundlich sind.

Darüber hinaus besteht bei stark belasteten Bereichen von Uferschutzwerken aus ungebundenen Natursteinen (stark exponierte Bereiche, Wechselbereiche, Übergänge zu gebundenen Deckwerken, Schwachstellen, etc.) die Notwendigkeit, die hydraulische Stabilität zu verbessern, ohne das Gewicht der Einzelsteine zu erhöhen. Deshalb besteht im Küstenbereich und an den Wasserstraßen eine der üblichen Lösungen zur Erhöhung der Stabilität der Deckschicht darin, die Stabilität der Deckschicht durch einen Vollverguss bzw. Teilverguss der Steine zu erhöhen.

Aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen werden hierbei bevorzugt verklammerte Deckschichten auf zementgebundener Basis bevorzugt.

Ziele der Untersuchungen

Zur Dauerhaftigkeit (ohne bzw. mit relativ geringer Unterhaltung), Ökologie (z.B. durch wenig veränderlichen Porenraum) und Wirtschaftlichkeit über die gesamte Lebensdauer des Bauwerkes im Vergleich zu den ungebundenen Steindeckwerken liegen bisher noch keine genaueren Untersuchungen vor. In den einschlägigen Richtlinien (EAK bzw. EAU, Rock Manual, PIANC, etc.) ist insbesondere die Bemessung auf dynamische und zyklische Wellenbelastung nur unvollständig oder überhaupt nicht berücksichtigt, obwohl diese insbesondere im Küsten- und Ästuarbereich die maßgebende dynamische Belastung darstellen.

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ist deshalb, wissenschaftlich-technischen Grundlagen für die Bemessung hydraulisch gebundener Deckwerke auf Seegangbelastung zu erarbeiten und daraus möglichst einfache Bemessungsformeln und -diagramme sowie Empfehlungen für die Ingenieurpraxis abzuleiten.

Modellaufbau und Messungen

Basierend auf theoretischen Untersuchungen und kleinmaßstäblichen Untersuchungen im Doppelwellenkanal des Leichtweiß-Instituts wurden die Untersuchungen im Großen Wellenkanal geplant und der Modellaufbau entwickelt.

Die mit Zement vergossenen Wasserbausteine liegen auf einer 1:3 Sandböschung, wobei eine Trennwand, die bis in den Sanduntergrund reichte, die simultane Untersuchung zweier Ausführungsvarianten ermöglicht. In der ersten Phase mit teilvergossenem Deckwerk werden zwei Deckwerksdicken untersucht, 40cm und 60cm. Nach einem Umbau werden ein nachvergossenes und ein vollvergossenes Deckwerk bei konstanter Deckwerksdicke von 40cm untersucht.

Die Erfassung der Wechselwirkung zwischen Innen- und Außenwasserstand stellt auch den Schlüssel zum Verständnis der Belastung und des Versagens von Deckwerken dar. Entsprechend werden neben den hydraulischen Belastungen am Deckwerk (Wellenauflauf, Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke an der Oberseite) auch die Entwicklung der Porenwasserdrücke im Deckwerk und im Sanduntergrund gemessen.