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2,7 MB - Alternative technisch-biologische Ufersicherungen ...

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Modellversuche zur Belastbarkeit<br />

<strong>technisch</strong>-<strong>biologische</strong>r <strong>Ufersicherungen</strong> in<br />

einem Wellenbecken<br />

Kolloquium „<strong>Alternative</strong> <strong>technisch</strong>-<strong>biologische</strong> Ufersicherung – Wirkungsweise, Belastbarkeit, Anwendungsmöglichkeiten“<br />

26. Oktober 2010 – Hannover - Jeannine Eisenmann


Inhalt<br />

Hintergrund<br />

Versuchseinrichtung<br />

• Wellenbecken<br />

• Messtechnik<br />

• Hydraulische Belastungen<br />

Übersicht der geplanten Modellversuche<br />

Vorversuche mit Erosionsschutzmatten<br />

• Aufbau<br />

• Versuchsdurchführung<br />

• Ergebnisse<br />

Zusammenfassung + Ausblick<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

2


FuE Projekt<br />

Alternativ <strong>technisch</strong>-<strong>biologische</strong> <strong>Ufersicherungen</strong><br />

Bestand/ Erfahrungen<br />

Theorie/ Versuche<br />

Literaturrecherche<br />

WSV-Umfrage<br />

Laborversuche<br />

Detailuntersuchungen<br />

in ausgewählten Abschnitten<br />

Theoretische<br />

Betrachtungen<br />

Anwendungen<br />

Anwendungen im<br />

Rahmen von<br />

WSV-Aufträgen<br />

Neue Versuchsstrecken<br />

Einrichten/<br />

Monitoring<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

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FuE Projekt<br />

Alternativ <strong>technisch</strong>-<strong>biologische</strong> <strong>Ufersicherungen</strong><br />

Bestand/ Erfahrungen<br />

Theorie/ Versuche<br />

Literaturrecherche<br />

WSV-Umfrage<br />

Laborversuche<br />

Detailuntersuchungen<br />

in ausgewählten Abschnitten<br />

Theoretische<br />

Betrachtungen<br />

Anwendungen<br />

Anwendungen im<br />

Rahmen von<br />

WSV-Aufträgen<br />

Neue Versuchsstrecken<br />

Einrichten/<br />

Monitoring<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

4


Schiffsinduzierte hydraulische Belastungen<br />

Wasserspiegelanspannung vor dem Bug<br />

Schraubenstrahl<br />

Rückströmung<br />

Absunk<br />

Wiederauffüllungsströmung<br />

Heckquerwelle<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

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Schiffsinduzierte hydraulische Belastungen<br />

Wasserspiegelanspannung vor dem Bug<br />

Schraubenstrahl<br />

Rückströmung<br />

Absunk<br />

Wiederauffüllungsströmung<br />

Heckquerwelle<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

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Inhalt<br />

Hintergrund<br />

Versuchseinrichtung<br />

• Wellenbecken<br />

• Messtechnik<br />

• Hydraulische Belastungen<br />

Übersicht der geplanten Modellversuche<br />

Vorversuche mit Erosionsschutzmatten<br />

• Aufbau<br />

• Versuchsdurchführung<br />

• Ergebnisse<br />

Zusammenfassung + Ausblick<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

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Wellenbecken<br />

a. 4m<br />

6m<br />

Tauchkörper<br />

Maße<br />

Becken 14m x 8m x 4m (L x B x T)<br />

T-körper 6m x 7,7m<br />

14m<br />

Böschung<br />

Neigung 1:3<br />

Fläche 8m x 8m<br />

Boden feinsandiger Mittelsand<br />

k = 8,9 * 10 -5 m/s<br />

Böschung 1:3<br />

Regelung des Tauchkörpers<br />

Hub- und Senkgeschwindigkeiten<br />

Haltezeiten<br />

Amplitude<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

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Messtechnik<br />

Aufgenommen werden:<br />

• Wellenspiegellage (Wellenhöhe), Wellenperiode - Ultraschall<br />

• Geschwindigkeit der auflaufenden Wellen – Acoustic Doppler Velocimeter<br />

• Kräfte der auflaufenden Wellen - Kugelteppich<br />

• Porenwasserdrücke auf und in der Böschung – absolute u. relative Drucksonden<br />

ADV<br />

Kugelteppich<br />

Drucksonde<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

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Mögliche hydraulische Belastungen<br />

Variation der Hub- und Senkgeschwindigkeiten (v), Haltezeiten (h) :<br />

50 0,5<br />

40<br />

3<br />

2<br />

Fx<br />

Fx geglaettet<br />

ADV2x<br />

U2 Wspg<br />

30<br />

0,0<br />

1<br />

Kraft [N]<br />

20<br />

10<br />

0<br />

-10<br />

Wasserspiegel [m]<br />

-0,5<br />

-1,0<br />

0<br />

-1<br />

-2<br />

-3<br />

ADV2x [m/s]<br />

-20<br />

-1,5<br />

-4<br />

-30<br />

-5<br />

-40<br />

-2,0<br />

-6<br />

13:35:00 13:35:10 13:35:20 13:35:30 13:35:40 13:35:50 13:36:00<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

Geotechnik · Referat Zeit G4 · Jeannine Eisenmann · 26. Oktober 2010<br />

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v2h1


Mögliche hydraulische Belastungen<br />

Variation der Hub- und Senkgeschwindigkeiten (v), Haltezeiten (h) :<br />

50 0,5<br />

40<br />

3<br />

2<br />

Fx<br />

Fx geglaettet<br />

ADV2x<br />

U2 Wspg<br />

30<br />

0,0<br />

1<br />

Kraft [N]<br />

20<br />

10<br />

0<br />

-10<br />

Wasserspiegel [m]<br />

-0,5<br />

-1,0<br />

0<br />

-1<br />

-2<br />

-3<br />

ADV2x [m/s]<br />

-20<br />

-1,5<br />

Wellenhöhen bis zu 90cm<br />

-4<br />

-30<br />

Wellenperioden von 9 bis 21 s<br />

-5<br />

-40<br />

-2,0<br />

-6<br />

13:35:00 13:35:10 13:35:20 13:35:30 13:35:40 13:35:50 13:36:00<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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v2h1


Inhalt<br />

Hintergrund<br />

Versuchseinrichtung<br />

• Wellenbecken<br />

• Messtechnik<br />

• Hydraulische Belastungen<br />

Übersicht der geplanten Modellversuche<br />

Vorversuche mit Erosionsschutzmatten<br />

• Aufbau<br />

• Versuchsdurchführung<br />

• Ergebnisse<br />

Zusammenfassung + Ausblick<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Übersicht der geplanten Modellversuche<br />

• Weidenspreitlagen<br />

• Steinschüttung mit<br />

Weidensteckhölzern<br />

• Röhrichtgabione<br />

• Erosionsschutzmatten mit<br />

Weidensteckhölzern<br />

• Erosionsschutzmatten mit Röhrichten<br />

(Quelle: Ökon-Vegetationstechnik)<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Aufbau<br />

Bereich 1:<br />

Erosionsschutzmatte mit<br />

Weidensteckhölzern<br />

Bereich 2:<br />

Erosionsschutzmatte<br />

mit Röhrichten<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Aufbau<br />

Bereich 1 Bereich 2<br />

Erosionsschutzmatte<br />

mit mittlerem Netz<br />

Erosionsschutzmatte<br />

ohne mittleres Netz<br />

Oberes Trägermaterial: Polypropylennetz (1,3cm x 1,3cm)<br />

Mittleres Netz: 3-dimensionales Polypropylennetz<br />

Füllmaterial:<br />

100% Kokosfaser<br />

Unteres Trägermaterial: Polypropylennetz (1,3cm x 1,3cm)<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Aufbau<br />

50cm<br />

30cm<br />

30cm<br />

30cm<br />

Bereich 1:<br />

Matte mit Weidensteckhölzer<br />

Korb- und Purpurweide<br />

Salix viminalis<br />

Salix purpurea<br />

40cm lange Steckhölzer<br />

Bereich 2:<br />

Matte mit Röhrichten<br />

Schilf und Rohrglanzgras<br />

Phragmites australis<br />

Phalaris arundinacea<br />

Pflanzenballen<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Versuchsdurchführung – 05.05.2010<br />

29s<br />

44cm<br />

Geschwindigkeit (in Böschungsfallrichtung)<br />

Bereich 1: Weide<br />

Bereich 2: Schilf<br />

0,34 m/s 0,40 m/s<br />

(Beträge der aufgetretenen Extremwerte)<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Versuchsdurchführung – 05.05.2010<br />

Bereich 1 Bereich 2<br />

Befestigung der Matte mit Metallheringen nicht ausreichend<br />

Weidensteckhölzer: haltende Wirkung<br />

Matte reißt Röhrichte mit<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Versuchsdurchführung – 11.06.2010<br />

29s<br />

44cm<br />

Belastung 1<br />

(Beträge der aufgetretenen Extremwerte)<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Versuchsdurchführung – 11.06.2010<br />

29s<br />

16s<br />

44cm<br />

56cm<br />

Belastung 1<br />

Belastung 2<br />

(Beträge der aufgetretenen Extremwerte)<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Versuchsdurchführung – 11.06.2010<br />

29s<br />

16s<br />

44cm<br />

56cm<br />

Belastung 1<br />

Belastung 2<br />

(Beträge der aufgetretenen Extremwerte)<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Versuchsdurchführung – 11.06.2010<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Versuchsdurchführung – 11.06.2010<br />

Bereich 1 Bereich 2<br />

Vermutungen der mangelnden Filterstabilität und Festigkeit haben sich bestätigt<br />

Problematik der Befestigung<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Zusammenfassung<br />

Erosionsschutzmatten wie im Straßenbau oder an kleineren<br />

Fließgewässer verwendet (Kokosmaterial):<br />

• ungeeignet für Anwendungen an der Wasserstraße<br />

(Filterstabilität, Festigkeit)<br />

Wichtigkeit <strong>technisch</strong>er Eigenschaften der Matte<br />

Wichtigkeit einer lagestabilen Fixierung der Matte<br />

Steckhölzer mit Erosionsschutzmatten, die den <strong>technisch</strong>en<br />

Anforderungen entsprechen, könnten eine gute <strong>Alternative</strong> sein<br />

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Ausblick<br />

Recherche Erosionsschutzmatten für <strong>technisch</strong>-<strong>biologische</strong> <strong>Ufersicherungen</strong>:<br />

• Biologisch abbaubares Material<br />

• Durchwurzelbarkeit<br />

• Filterstabilität gegenüber dem anstehenden Boden<br />

• Größere Festigkeiten<br />

z.B. Matte aus Schafschurwolle und Polylactid<br />

Tests neuer Erosionsschutzmatten nach den Richtlinien zur Prüfung von<br />

Geotextilien<br />

Testen der Befestigung der Matte auf der Böschung<br />

Optimierung der Messtechnik<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Ausblick<br />

Weitere Tests<br />

(mit Weidenspreitlagen,<br />

Steinschüttung mit Weidensteckhölzern,<br />

vorgezogenen Röhrichtgabionen)<br />

Tests techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong><br />

wie an der Versuchsstrecke<br />

(Synergieeffekte - Ergebnisvergleich)<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !<br />

Fragen. Anregungen. Gedankenaustausch:<br />

Jeannine Eisenmann<br />

Bundesanstalt für Wasserbau<br />

Modellversuche techn.-biol. <strong>Ufersicherungen</strong> in einem Wellenbecken<br />

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