Bestandsaufnahme und Stabilität herkömmlicher und alternativer Ufersicherungen bei Wellenbelastung - Erste Ergebnisse aus F&E-Vorhaben -

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1 zurück zum Programm zur Kurzfassung Schiffsinduzierte Belastungen und mögliche Verkehre im beschränkten Fahrwasser BAW-Kolloquium 16. Juni 2005 Bestandsaufnahme und Stabilität herkömmlicher und alternativer Ufersicherungen bei Wellenbelastung - Erste Ergebnisse aus F&E-Vorhaben - Dipl.-Ing. P. Fleischer Referat Erdbau und Uferschutz Dr.-Ing. R. Soyeaux Referat Schiff/ Wasserstraße, Naturuntersuchungen BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau - 1 -

2 Schwerpunkte Bestandsaufnahme und Bewertung vorhandener Deckwerke (Petra Fleischer) Untersuchungen zu alternativen naturnahen Ufersicherungen (Renald Soyeaux) BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau - 2 -

3 Ca km Binnenwasserstraßen 25% Kanäle 1825 km 75% Flüsse 5475 km BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau -3-

4 Deckwerke als Ufersicherung Lose Steinschüttung am Rhein Lose Steinschüttung am Rhein BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau - 4 -

5 Deckwerke als Ufersicherung Vergossene Steinschüttung am Silokanal Lose Steinschüttung am Rhein Lose Steinschüttung am Rhein BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau - 5 -

6 Planung und Ausführung von technischen Deckwerken in der WSV Praktische Erfahrungen Theoretische Grundlagen MAR (1993) Grundlagen zur Bemessung von Böschungs- und Sohlsicherungen (2004) Forschungsprojekt (Ref. G4) Bestandsaufnahme vorhandener Deckwerke in der WSV BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau - 6 -

7 Forschungsprojekt (Ref. G4) Bestandsaufnahme vorhandener Deckwerke in der WSV Praktische Untersuchungen Praktische Untersuchungen Theoretische Untersuchungen Theoretische Untersuchungen Aufbau/ Erhaltungszustand Hydraulischen Belastung Schifffahrt Zustands-/ Schadensanalysen rechnerische Nachweise Unterhaltungsaufwand Bewertung BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau - 7 -

8 Bewertung Beurteilung der Stabilität unterschiedlicher Deckwerksbauweisen (lose/ verklammerte Deckwerke) unter verschiedenen geometrischen und geologischen Randbedingungen Schifffahrtsbedingungen Beurteilung des Unterhaltungsbedarfs für verschiedene Deckwerksbauweisen Beurteilung der Berechnungsgrundlagen Optimierung der Deckwerksbauweisen hinsichtlich Standsicherheit und Kosten BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau - 8 -

9 Bestandsaufnahme und Bewertung vorhandener Deckwerke Bestandsaufnahme und Bewertung vorhandener Deckwerke Auswertung vorhandener Unterlagen Durchführung praktischer Untersuchungen Auswertung der der ermittelten Daten Bewertung der der Ergebnisse Deckwerk Kanal/ Fluss Baugrund Grundwasser Schifffahrt Unterhaltungsaufwendungen... Visuelle Begutachtung Probennahmen Peilungen Bohrungen GW-Standsmessungen Messungen zur hydraulischen Belastung Schiffsbeobachtungen... Vergleich Soll/ Ist Bewertung der hydraulischen Belastung Standsicherheit Berechnungen Schadensursachen Schlussfolgerungen... Bericht Empfehlungen Vervollkommnung der theoretischen Grundlagen Präzisierung der Merkblätter... BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau - 9 -

10 Bestandsaufnahme und Bewertung vorhandener Deckwerke Bestandsaufnahme und Bewertung vorhandener Deckwerke Auswertung Praktische Untersuchungen Durchführung im im Detail: Auswertung vorhandener praktischer der der ermittelten Unterlagen Visuelle Begutachtung Untersuchungen (ggf. Taucher) Daten Aufnahme der der Deckwerksgeometrie (Peilungen) Ermittlung der der vorhandenen Steingrößen Deckwerk Visuelle Begutachtung Vergleich Soll/ Ist und und -dichten Kanal/ Fluss Probennahmen Bewertung der Untersuchung der der Baugrund-/ GW-Verhältnisse Baugrund Peilungen hydraulischen Grundwasser (ggf. Bohrungen/ Bohrungen Sondierungen) Belastung des Schifffahrt Stichprobenartige GW-Standsmessungen Erfassung des Schiffsverkehrs Standsicherheit Unterhaltungsaufwendungen Messung der der hydraulischen Belastung Belastung Schadensursachen (Anzahl, Geschwindigkeit, Messungen zur Fahrposition) Berechnungen... im im Uferbereich Schiffsbeobachtungen Schlussfolgerungen Bewertung der der Ergebnisse Bericht Empfehlungen Vervollkommnung der theoretischen Grundlagen Präzisierung der Merkblätter... BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

11 Wasserstraße WSA Station [km] von bis Deckwerk Status Wesel-Datteln-Kanal Duisburg-M. 35,3 37,9 Lose Steine Ausgelastet Wesel-Datteln-Kanal Duisburg-M. 39,7 42,8 Lose Steine Ausgelastet Main-Donau-Kanal Nürnbg. 22,2 32,6 Lose Steine Ausgelastet Main-Donau-Kanal Nürnbg. 0,0 7,5 Lose Steine Ausgelastet Dortmund-Ems-Kanal Rheine 79,4 84,0 Lose Steine Unterbelastet Dortmund-Ems-Kanal Rheine 84,0 89,0 Lose Steine Unterbelastet Mittellandkanal West Minden 111,5 116,5 Mittellandkanal Ost Uelzen NBA Helmstedt Lose, teil- und vollvergossene Steine Unterbelastet Versuchsstrecke Unterbelastet Versuchsstrecke 284,0 293,0 Lose Steine Unterbelastet Mittellandkanal Ost Uelzen 270,4 274,0 Lose Steine Unterbelastet Silokanal (UHW) Brandenbg. NBA Berlin 58,2 58,4 Lose, teilvergossene Steine Sacro-Paretzer-Kanal (UHW) Brandenbg. 23,0 25,0 Lose Steine Überbelastet Sacro-Paretzer-Kanal (UHW) Brandenbg. 28,0 31,0 Lose Steine Überbelastet BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

12 Wasserstraße WSA Station [km] von bis Deckwerk Status Wesel-Datteln-Kanal Duisburg-M. 35,3 37,9 Lose Steine Ausgelastet Wesel-Datteln-Kanal Duisburg-M. 39,7 42,8 Lose Steine Ausgelastet Main-Donau-Kanal Nürnbg. 22,2 32,6 Lose Steine Ausgelastet Main-Donau-Kanal Nürnbg. 0,0 7,5 Lose Steine Ausgelastet Dortmund-Ems-Kanal, Los 14, km 79,4 bis km 84,0, lose Steinschüttung Dortmund-Ems-Kanal Rheine 79,4 84,0 Lose Steine Unterbelastet Dortmund-Ems-Kanal Rheine 84,0 89,0 Lose Steine Unterbelastet Mittellandkanal West Minden 111,5 116,5 Mittellandkanal Ost Uelzen NBA Helmstedt Lose, teil- und vollvergossene Steine Unterbelastet Versuchsstrecke Unterbelastet Versuchsstrecke 284,0 293,0 Lose Steine Unterbelastet Mittellandkanal Ost Uelzen 270,4 274,0 Lose Steine Unterbelastet Silokanal (UHW) Brandenbg. NBA Berlin 58,2 58,4 Lose, teilvergossene Steine Sacro-Paretzer-Kanal (UHW) Brandenbg. 23,0 25,0 Lose Steine Überbelastet Sacro-Paretzer-Kanal (UHW) Brandenbg. 28,0 31,0 Lose Steine Überbelastet BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

13 Regeltrapezprofil Deckwerksaufbau: lose lose Wasserbausteine Kl. Kl. II II (2,6 (2,6 t/m t/m 3 3 ), ), d = cm cm 2 x cm cm Mineralkornfilter abschnittsweise gedichtet DEK, Los km 79,4 bis km 84,0 (fertiggestellt 1999) BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

14 Untersuchungen im Tauchschacht (2002) BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

15 Messungen zur Ermittlung der hydraulischen Belastungen der Deckwerke bei Schiffsvorbeifahrt Schiffsgeschwindigkeit Schiffsabstand vom Ufer RADAR Druckmessdosen Registrierung der Schiffe an nächstliegender Schleuse Untersuchungszeitraum: 7 Tage BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

16 Zur Zeit zulässige Schiffsgrößen Einzelfahrzeug: Schubverband: 110 m x 9,60 m x 2,50 m 163 m x 9,60 m x 2,50 m Regelschiff: Europaschiff Gefahrene Schiffe im Beobachtungszeitraum (7 Tage) 395 Schiffe 274 Güterschiffe (Motorgüter-, Tankgüterschiffe) 16 Schubverbände 105 Sportboote 55% voll abgeladen 29% teil abgeladen 16% Leerfahrer BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

17 Ergebnisse der Geschwindigkeitsmessungen 40 Geschwindigkeitsverteilung Profil km 81.6 T > 2m 35 Geschwindigkeitsverteilung Profil km 82.6 T < 1.3m relative Häufigkeit in % V zul = 2,78 m/s relative Häufigkeit in % V zul = 3,33 m/s 0 1,8 2,2 2,6 3 3,4 3,8 4,2 4,6 5 Geschwindigkeit in m/s 0 1,8 2,2 2,6 3 3,4 3,8 4,2 4,6 5 Geschwindigkeit in m/s Abgeladene Güterschiffe Leerfahrer BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

18 Ergebnisse der Geschwindigkeitsmessungen 40 Geschwindigkeitsverteilung Profil km 81.6 T > 2m 35 Geschwindigkeitsverteilung Profil km 82.6 T < 1.3m relative Häufigkeit in % V zul = 2,78 m/s 56% relative Häufigkeit in % V zul = 3,33 m/s 61% 0 1,8 2,2 2,6 3 3,4 3,8 4,2 4,6 5 Geschwindigkeit in m/s Abgeladene Güterschiffe Über % der Schiffe fahren schneller als zugelassen!!!! 0 1,8 2,2 2,6 3 3,4 3,8 4,2 4,6 5 Geschwindigkeit in m/s Leerfahrer BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

19 Ergebnisse zur hydraulischen Belastung am Ufer Wellenhöhen Güterschiffe 0,4 90 % 10 % Anteil [-] 0,3 0,2 0,1 0, Wellen < [cm] BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

20 Einzelne Messergebnisse Wasserspiegelauslenkung [cm] ,0 km/h leer, v1=13 km/h 11,9 km/h voll, v2=11,9 km/h zh a1 H zh a2b Tankmotorschiff 86m x 9,50m x 1,20m v v krit Tankmotorschiff 86m x 9,50m x 2,40m v v krit Zeit [s] BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

21 Berechnung der erforderlichen Steingröße Berechnung der erforderlichen Steingröße 11% 4% 1% WBSt. Kl. II WBSt. Kl. I D 50 = H B ρ s ρ B B m ρ mit Gl. (6-3) - GBB B B = 1,5 K 2,3[ ] % Istzustand: Wasserbausteine der Kl. II, ρ = 2,6 t/m 3 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

22 Berechnung der erforderlichen Steingröße Berechnung der erforderlichen Steingröße 11% 4% 1% WBSt. Kl. III und IV: 5% der Belastungsfälle (15 Schiffe in einer Woche) WBSt. Kl. II WBSt. Kl. I H D 50 = B ρ s ρ bereits jetzt B Bnicht für m ρ alle mitbelastungen 1 Eingebaute Steingröße (Kl. II) II) 3 bereits jetzt nicht für ausreichend BGl. (6-3) = 1,5 - GBB B Klagestabil - 2,3[ ] - Steinverlagerungen zu zu erwarten! 84% Istzustand: Wasserbausteine der Kl. II, ρ = 2,6 t/m 3 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

23 Auswahl der Untersuchungsstrecken: Wasserstraße WSA Station [km] von bis Deckwerk Status Wesel-Datteln-Kanal Duisburg-M. 35,3 37,9 Lose Steine Ausgelastet Wesel-Datteln-Kanal Duisburg-M. 39,7 42,8 Lose Steine Ausgelastet Main-Donau-Kanal Nürnbg. 22,2 32,6 Lose Steine Ausgelastet Main-Donau-Kanal Nürnbg. 0,0 7,5 Lose Steine Ausgelastet Dortmund-Ems-Kanal Rheine 79,4 84,0 Lose Steine Unterbelastet Dortmund-Ems-Kanal Rheine 84,0 89,0 Lose Steine Unterbelastet Mittellandkanal West Minden 111,5 116,5 Mittellandkanal Ost Uelzen NBA Helmstedt Lose, teil- und vollvergossene Steine Mittellandkanal, Bereich Rusbend, km 111,5 bis km 116,5, Versuchsstrecke Unterbelastet 284,0 293,0 Lose Steine Unterbelastet Mittellandkanal Ost Uelzen 270,4 274,0 Lose Steine Unterbelastet Silokanal Brandenbg. NBA Berlin 58,2 58,4 Lose, teilvergossene Steine Unterbelastet Untere Havel Wasserstraße Brandenbg. 23,0 25,0 Lose Steine Überbelastet Untere Havel Wasserstraße Brandenbg. 28,0 31,0 Lose Steine Überbelastet Versuchsstrecke Versuchsstrecke BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

24 Ergebnisse: MLK - - Strecke Rusbend km 111,5 bis km 116,5 (1989) - gute Lage des losen Deckwerkes (Kl. III,, Dichte: 2,3 t/m 3 ) - Schäden im vergossenen Deckwerk (Ursachen herstellungs- bedingt) Bedeutung einer qualitätsgerechten Bauausführung!! BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

25 Praktische Untersuchungen zur Zeit: MDK km 22,00 - km 32,00 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

26 zurück zum Programm Praktische Untersuchungen zur Zeit: WDK zur Kurzfassung km 35,5 bis km 37,9 km 39,7 bis km 42,8 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau