Geotechnisches Monitoring von Wasserbauwerken in komplexem Untergrund

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1 Geotechnisches Monitoring von Wasserbauwerken in komplexem Untergrund Dipl.-Ing. Peter Schulze, Referat Geotechnik Nord

2 Gliederung Komplexer Baugrund Was ist unter einem komplexen Baugrund zu verstehen? Beispiele Welche physikalischen Parameter werden beobachtet Beobachtungsmethoden Manuelle Messungen Dezentrale Datensammler Vernetzte Datensammler in Kombination mit automatischer Auswertung und Visualisierung Hinweise zum Konzipieren von Monitoringsystemen Auswahl geeigneter Systeme Anforderungen an die Messtechnik Anforderungen an das Datenmanagement Schnelle Datenvisualisierung Datenmanagement Bauwerksmessung K1 Datenauswertung Visualisierung über das Internet Überblick über realisierte Monitoringsysteme Seite 2

3 Komplexer Baugrund Erläuterung Was ist unter komplexen Baumaßnahmen zu verstehen? Heterogener Baugrundaufbau Problematische Bodenarten Baustellen mit angrenzenden Bauwerken Komplizierte Grundwasserverhältnisse Tideeinfluss Wasserstraßenkreuze Kanalbrücken Seite 3

4 Komplexer Baugrund Schleuse Brunsbüttel Große Schleuse (1914) Kleine Schleuse (1895) Seite 4

5 Komplexer Baugrund Schleuse Brunsbüttel Große Schleuse 5. Kammer hleuse c S e in le K Seite 5

6 Komplexer Baugrund Schleuse Brunsbüttel Einfluss der Tide in unterschiedlichen Bodenschichten Große Schleuse (1914) Kleine Schleuse (1895) Klei Beckenton Sande mit Kies Geschiebemergel Seite 6

7 Komplexer Baugrund-> Schleuse Brunsbüttel Einfluss der Tide in unterschiedlichen Bodenschichten Klei Sande mit Kies Seite 7

8 Komplexer Baugrund Kanalüberführung DEK-Ems Widerlager Flügelwände Seite 8

9 Komplexer Baugrund Welche physikalischen Parameter werden beobachtet Physikalische Parameter Porenwasserdrücke in Bodenschichten Pegelstände in Brunnen und Gewässern Neigung Setzung Kraft Dehnung Strömungsgeschwindigkeit Wetter Bodenfeuchte Durchfluss Messprinzip Piezoelektrische Sensoren Schwingsaitensensoren Dehnungsmessstreifen Ultraschall Radar Magnetfeld Ausgangssignal Spannung Strom (20mA Stromschleife) Bussystem (RS485, SDI12, Startschacht 1 Startschacht 2 Extensometer Brunnen Extensometer Brunnen W22.1 W22.2 W22.3 W22.4 B22.1 B22.2 W23.1 W23.2 W23.3 W23.4 B23.1 B Hangbewegung Straße (B209) Schleusenneubau Lauenburg ELK Seite 9

10 Beobachtungsmethoden Manuelle Messung Manuelle Messung Vorwiegend Pegelbrunnen Lichtlotmessung Vorteile: Einfache Methode Schnelle Überprüfung z.b. von Pegelständen Nachteile: Hoher personeller Aufwand Daten müssen in Tabellen übertragen werden Auswertung und Visualisierung aufwändig Nur geeignet für sehr langsame Änderungen der Messgröße Messgröße stellt momentanen Zufallswert dar Seite 10

11 Beobachtungsmethoden dezentrale Datensammler Dezentrale Datensammler Einzelmessstellen mit Datenlogger (z.b. in Brunnenkappen) Auslesen der Daten Per Laptop vor Ort Per GSM / GPRS - Modem Datenauswertung Bearbeitung mit Excel oder anderen Programmen Einlesen von Daten in Datenbanken oder Verwaltungsprogramme (HYDRAS, GLNP, ) Visualisierung von Hand Trotz Einsatz von Datenbank- und Visualisierungssoftware viel Handarbeit Publizierung der Daten aufwändig Seite 11

12 Beobachtungsmethoden vernetzte Datensammler Vernetzte programmierbare Datensammler Mehrere Datensammler sind über ein Funknetzwerk verbunden Daten werden zentral per Modem übertragen Daten werden im Logger kalibriert und vorab ausgewertet Grenzwerte können direkt vom Datenlogger gemeldet werden Automatisierte Auswertung und Visualisierung Daten werden automatisch übertragen Programmierbare Auswertesoftware (z.b. DIADEM) Ausreißer Plausible Daten (eventuelle Sensorausfälle) Kalibrierung Statistische Auswertung Spezielle Datenaufbereitung Datenreport, Grafiken Bereitstellung der Daten Intranet / Internet Seite 12

13 Hinweise zum Konzipieren von Monitoringsystemen Beschreibung der Messaufgabe Aufgabenstellung, Beschreibung der Maßnahme, Lagepläne, Welche Parameter müssen beobachtet werden? Festlegung der Messpunkte Standort der Messpunkte Werden die Messpunkte durch die Baumaßnahme beeinträchtigt Randbedingungen, örtliche Einschränkungen Reserve Messpunkte Beobachtungszeitraum Werden die Daten im Vorwege für Gutachten oder Beweissicherung benötigt Überwachung während der Baumaßnahme Grenzwertalarm Nachsorge (werden Messstellen für eine spätere Dauerüberwachung benötigt) Seite 13

14 Hinweise zum Konzipieren von Monitoringsystemen Messtechnik Randbedingungen Abtastrate (in welchen Zeitabständen wird gemessen) Änderungsgeschwindigkeit der Messwerte Ausreißer Mittelwert, Zentralwert Erforderliche Auflösung und Genauigkeit Auflösung (Messprinzip, Elektronik) Notwendige Genauigkeit, Langzeitstabilität Auswahl der Sensoren Messgröße Auflösung, Genauigkeit, Langzeitstabilität Ausgangssignal Seite 14

15 Hinweise zum Konzipieren von Monitoringsystemen Datenlogger Messkanäle Anzahl A/D-Wandler (Auflösung je nach Sensortyp 12- oder 16 Bit) Maximale Abtastrate beachten Unterstützte Sensortypen Spannung bzw. 20mA-Stromscheife Schwingsaitensignal Datenbus Datenspeicher Größe abhängig von Kanalanzahl und Abtastrate Programmierbarkeit Flexible Programme, offengelegte Protokolle Software für Kommunikation und Programmierung Bedienerfreundlich, angemessener Preis, Funktionsumfang Module und Erweiterungsmöglichkeiten Sensormodule, Multiplexer, Kommunikationsmodule Support, Firmwareupdates Seite 15

16 Hinweise zum Konzipieren von Monitoringsystemen Datenauswertung und Visualisierung Datenübertragung Logger Datenserver GSM, GPRS, Festnetz, Internet Software mit Zeitplaner Start von externer Auswertesoftware Datenauswertung Formatkonvertierung Ausreißer eliminieren Mathematische Operationen (z.b. statistische Auswertung) Spezielle Routinen für Visualisierung Datenhaltung Datensicherung Datenbank Visualisierung Generierung von Grafiken Bereitstellung im Intranet / Internet Seite 16

17 Datenmanagement Referat K1 Schleuse Brunsbüttel Seite 17

18 Datenmanagement Referat K1 Seite 18

19 Datenmanagement Referat K1 Seite 19

20 Projekt Projekt-Beginn Messungen Datenvolumen aktuelle Projekte Datum Sensoren Datenlogger Rohdaten ca. [ MByte ] Gesamt ca. [ MByte ] Brunsbüttel Schleuse 06 / Brunsbüttel Dock 11 / Kanalbrücke Ems/DEK 07 / Kanalbrücke Lippe/DEK 03 / Minden U / Schleuse Sülfeld 11 / Wilhelmshaven 12 / Schleuse Lauenburg 07 / Rodewischhafen 06 / SHW Lüneburg 10 / Schleuse Minden 11 / abgeschlossene Projekte Hang Lauenburg Schleuse Hohenwarte Schleuse Rothensee Schleuse Uelzen DEK Tidestrecke Weserwehr Bremen Seite 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Seite 21

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