Einsatz von Beton für Schutzbauwerke, speziell Wildbachsperren, in Österreich. Jürgen Suda, Universität für Bodenkultur, Wien

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1 Einsatz von Beton für Schutzbauwerke, speziell Wildbachsperren, in Österreich Jürgen Suda, Universität für Bodenkultur, Wien Inhalt Teil I: Einleitung - Schutzkonzepte Teil II: Arten von Wildbachsperren Teil III: Einwirkungen, Bemessung, Normen Teil IV: Dauerhaftigkeit Teil V: Zusammenfassung 2 1

2 Teil I: Einleitung - Schutzkonzepte 3 Schutzmaßnahmen gegen Wildbachgefahren 4 2

3 Schutzmaßnahmen im Einzugsgebiet Aktive Schutzmaßnahmen Passive Schutzmaßnahmen 5 Bauwerksverbände Regulierung Funktionskette Staffelung Quelle: Bergmeister et. al (2008): Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. In: Betonkalender Berlin: Ernst und Sohn 6 3

4 Teil II: Arten von Wildbachsperren 7 Einteilung von Wildbachsperren Wildbachsperren lassen sich einteilen nach: Konstruktionsart Leitfunktion statischen System Baustoff Nach der Art des Verschlusses der Öffnungen 8 4

5 Konstruktionsart Geschlossene Sperren (Vollwandsperren) Offene Sperren 9 Geschlossene Sperre (1) 10 5

6 Geschlossene Sperre (2) 11 Offene Sperren (1) 12 6

7 Offene Sperren (2) kronengeschlossen großdolig großdolig kleindolig 13 Offene Sperren (3) kronenoffen einfache Schlitzsperre einfache Schlitzsperre doppel Schlitzsperre 14 7

8 Offene Sperren (4) kronenoffen Aufgelöste Sperren 15 Offene Sperren (5) - kronenoffen Seilsperre Netzsperre Gittersperre Quelle: Institut für Alpine Naturgefahren (IAN), BOKU Wien Archiv 16 8

9 Einteilung von Wildbachsperren Wildbachsperren lassen sich einteilen nach: Konstruktionsart Leitfunktion statischen System Baustoff Nach der Art des Verschlusses der Öffnungen 17 Leitfunktionen (1) Stabilisierung und Konsolidierung Retention (Rückhalt) Dosierung Filterung Energieumwandlung 18 9

10 Leitfunktionen (2) Quelle: Bergmeister et. al (2008): Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. In: Betonkalender Berlin: Ernst und Sohn Stabilisierung und Konsolidierung umfasst alle Maßnahmen, die dazu dienen, die Sohle und die Ufer (samt den Einhängen) in der vorherrschenden Lage zu sichern oder die Lage zu verbessern und gegen Seiten- und Tiefenerosion zu schützen Eingesetzte Konstruktionstypen: geschlossene Sperren H s L K Energieumwandlung I v >I N L 4 Wall 5 Sperre oder Grundschwelle 6 Verlandungsraum 6 1 ursprüngliches Gefälle 2 mittleres Verlandungsgefälle 3 Kolk Horizontalniveau 5 7 Überfall ' 19 Leitfunktionen (3) - Konsolidierung Konsolidierungsstaffel (Vollwandsperren) 20 10

11 Leitfunktionen (4) Retention (Rückhalt) umfasst den Rückhalt von Wasser oder Feststoffen infolge natürlicher Speicherwirkung oder durch künstliche Maßnahmen. Die Retention von Wasser ist die Verringerung des Scheitelabflusses. Sie erfolgt durch Rückhaltebecken (stehende Retention) oder durch Aktivierung von Überflutungsflächen (fließende Retention). Die Retention von Geschiebe ist der Rückhalt in einem Stauraum einer Sperre oder in einem Ablagerungsbecken. Eingesetzte Konstruktionstypen: geschlossene Sperren kleindolige offene Sperren 21 Leitfunktionen (5) - Retention Geschieberückhaltesperre (kleindolige kronengeschlossene offene Sperre) 22 11

12 Leitfunktionen (6) Dosierung umfasst den temporären Rückhalt von Wasser ( Wasserdosiersperre) in einem Becken und die Reduktion der in den Unterlauf abgegebenen Menge auf ein unschädliches Ausmaß. Die Dosierung von Geschiebe ( Geschiebedosiersperre) beruht auf dem vorübergehenden (temporären) Rückhalt des Geschiebetriebs bei Hochwasser und der dosierten Abtrift des Geschiebes mit der ablaufenden Hochwasserwelle oder bei Mittelwasser (Spülung). Eingesetzte Konstruktionstypen: großdolige offene Sperren Schlitzsperren Aufgelöste Sperren Gitter, Netz und Seilsperren 23 Leitfunktionen (7) - Dosierung Geschieberückhaltesperre (kleindolige kronengeschlossene offene Sperre) (Aufgelöste Sperre mit Balken) (großdolige kronengeschlossene Sperre mit Rechen) (Mehrfachschlitzsperre) 24 12

13 Leitfunktionen (8) Filterung umfasst den selektiven Rückhalt von groben Feststoffkomponenten (Wildholz, Blöcke) aus einem Fließprozess mit einer künstlichen Maßnahme. Es werden jene Feststoffkomponenten zurückgehalten, die im Unterlauf zur Verklausung oder Blockade des Abflussprofils führen können. Feine Komponenten können ungehindert durchdriften. Filterung von Wildholz ( Wildholzfiltersperre) Filterung von Geschiebe ( Geschiebefiltersperre) Eingesetzte Konstruktionstypen: Schlitzsperren Aufgelöste Sperren Gitter, Netz und Seilsperren 25 Leitfunktionen (9) - Filterung Wildholzfiltersperre (Aufgelöste Sperre) Wildholzfiltersperre (Aufgelöste Sperre) mit Balken) Wildholzfiltersperre (Netzsperre) (Mehrfachschlitzsperre) 26 Quelle: Institut für Alpine Naturgefahren (IAN), BOKU Wien Archiv 13

14 Leitfunktionen (10) Energieumwandlung umfasst die Reduktion der Energie eines Fließvorganges durch die Bremswirkung eines Bauwerks oder durch Absturz. Durch diese Maßnahme wird die Fließgeschwindigkeit reduziert, die Eigenschaft des transportierten Mediums verändert und der Fließvorgang transformiert. Die Energieumwandlung wird vor allem zum Brechen ( Murbrecher) und Bremsen ( Absturzsperren) von Muren eingesetzt. Eingesetzte Konstruktionstypen: Murbrechen Schlitzsperren Aufgelöste Sperren (Gitter, Netz und Seilsperren) Murbremsen Vollwandsperren 27 Leitfunktionen (11) - Energieumwandlung Absturzsperren (geschlossene Sperren) Quelle: Institut für Alpine Naturgefahren (IAN), BOKU Wien; Archiv Murbrecher (Aufgelöste Sperre) Wildholzfiltersperre (Netzsperre) Murbrecher (Mehrfachschlitzsperre) (Aufgelöste Sperre) 28 14

15 Einteilung von Wildbachsperren Wildbachsperren lassen sich einteilen nach: Konstruktionsart Leitfunktion statischen System Baustoff Nach der Art des Verschlusses der Öffnungen 29 Statische Systeme (1) Gewichtssperre Gewölbesperre (Bogensperre) Plattensperren Aufgelöste Tragwerke 30 15

16 Statische Systeme nach Art der Lastabtragung Quelle: Bergmeister et. al (2008): Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. In: Betonkalender Berlin: Ernst und Sohn 31 Statische Systeme (3) Quelle: Bergmeister et. al (2008): Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. In: Betonkalender Berlin: Ernst und Sohn Bogensperren Gewichtsmauern 32 16

17 Statische Systeme (4) 33 Quelle: die. wildbach und lawinenverbauung Österreich Statische Systeme (5) Quelle: Bergmeister et. al (2008): Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. In: Betonkalender Berlin: Ernst und Sohn Einfache Plattensperre Pfeilerplattensperre Winkelstützmauer mit Querrippen 34 17

18 Statische Systeme (6) Quelle: Bergmeister et. al (2008): Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. In: Betonkalender Berlin: Ernst und Sohn aufgelöste massenaktive Tragwerke 35 Statische Systeme (7) Quelle: Bergmeister et. al (2008): Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. In: Betonkalender Berlin: Ernst und Sohn biegesteif biegeweich aufgelöste vektoraktive Tragwerke 36 18

19 Teil III: Einwirkungen, Bemessung, Normen 37 Gesetzliche Grundlagen in Österreich Forstgesetz, BGBl. Nr. 440/1975 i.d.f. BGBl. Nr. 83/2004 Wasserbautenförderungsgesetz 1985 i.d.f. BGBl. Nr. 82/2003 vom Wasserrechtsgesetz, BGBl. Nr. 215/1959 i.d.f. BGBl. Nr. 112/2003 Gesetz betreffend Vorkehrungen zur unschädlichen Ableitung von Gebirgswässern, BGBl. Nr. 54/1959 BMLFUW (2006): Technische Richtlinie für die Wildbach- und Lawinenverbauung gemäß 3 Abs 1 Z 1 und Abs 2 des WBFG 1985 i. d. F. BGBl. Nr. 82/2003 vom

20 Normen und Richtlinien in Österreich Normen (Auswahl) EN 1990: EUROCODE 0 Grundlagen der Tragwerksplanung EN : EUROCODE 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen EN : EUROCODE 3 Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten EN : Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Richtlinien (ÖNORM-Regeln zur Zeit in Ausarbeitung) Schutzbauwerke der Wildbachverbauung: ONR 24800: Begriffsdefinitionen und Klassifizierung ONR 24801: statische und dynamische Einwirkungen ONR 24802: Bemessung und konstruktive Durchbildung ONR 24803: Betrieb, Überwachung und Instandhaltung 39 Einwirkungen auf Wildbachsperren Eigengewicht Wasserdruck ruhender (hydrostatischer) Wasserdruck dynamischer Wasserdruck aus Gerinneabfluss strömender Wasserdruck durch den Boden Wasserauflast Wasserdruck vom Unterwasser Sohlwasserdruck Erddruck (aktiver E., erhöhter akt. E, Erdruhedruck, Sondere.) Erddruck aus Talzuschub (wirkt i. d. R quer zur Bachachse) dynamischer Murdruck dynamischer Lawinendruck Zwänge (Betonschwinden, Temperaturänderungen) 40 20

21 Einwirkungskombinationen (1) Unverlandeter und vollverlandeter Stauraum Quelle: ONR (Vorschlag): Schutzbauwerke der Wildbachverbauung statische und dynamische Einwirkungen 41 Einwirkungskombinationen (2) un- und teilverlandeter Stauraum, Murgang Quelle: ONR (Vorschlag): Schutzbauwerke der Wildbachverbauung statische und dynamische Einwirkungen 42 21

22 Einwirkungskombinationen (3) LF1: ständige Bemessungssituation LF2: vorübergehende Bemessungssituation LF1: außergewöhnliche Bemessungssituation Basierend auf EN 1990 und EN Teil IV: Anmerkungen zur Dauerhaftigkeit 44 22

23 Hydroabrasion (1) 45 Hydroabrasion (2) - Schutzmaßnahmen Gepanzerte Kronen (Stahlbleche) Kronsteine 46 23

24 Arbeitsfugen Wasserführende Arbeitsfugen Fugenband (wasserseitig) Fugenband (vertikal) Verzahnte Fuge 47 Unplangemäße Überlastung durch Hangdruck (1) Risse infolge unplangemäßer Last Ausgeknickte Bewehrung Betonabplatzungen Quelle: Institut für Alpine Naturgefahren (IAN), BOKU Wien; Archiv 48 24

25 Unplangemäße Überlastung durch Hangdruck (2) Hangdruckbautype Winkelstützmauer mit verschiebbarem Flügel Quelle: Bergmeister et. al (2008): Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. In: Betonkalender Berlin: Ernst und Sohn 49 Teil V: Zusammenfassung 50 25

26 Zusammenfassung Wildbachsperren aus Konstruktionsbeton sind ein Teil der technischen Schutzmaßnahmen Überwiegender Einsatz von Stahlbetonbauwerken als Sperrenbauwerke (Querwerke) im Wildbachgerinne Das korrekte abschätzen der Einwirkungen aus der Erfahrung des planenden Ingenieurs ist der wichtigste Punkt in der Bemessung (zur Zeit keine normativen Vorgaben) Ein paar grundlegende Anforderungen an die Dauerhaftigkeit müssen unbedingt beachtet werden (Vorschriften aus den Normen sind für Wildbachsperren nicht ausreichend) 51 26