Fluss- und Seebauconsult
F LUSS- UND S EEBAUCONSULT
Flußbau      Seebau     Verkehrswasserbau

wasserbauliche Patente


Schubspannungsmessgerät für stationär und instationär strömende Medien

WP G 01 L/020 924

Anforderungen an das Messgerät:

  • hohe Messgenauigkeit,
  • leichte Handhabung und Justierung, einfache und direkte Eichung, lineare Eichcharakteristik,
  • Einbaufähigkeit als Wand- und Sohlelement,
  • weitgehende Unempfindlichkeit gegen senkrecht und quer zur Messrichtung wirkende Sekundärbelastungen,
  • weitgehende Vermeindung von Verschleißerscheinungen, Reibungsanteilen im Mess- und Transmissionssystem und von Störbeeinflussungen Randkanten-druck,
  • Garantie eines langdauernden Einsatzes unter Wasser,
  • unmittelbare, direkte, bewegungsarme, zeitverschiebungsfreie Messung sowohl bei Vor- als auch bei Rückströmungen,
  • Variabilität des Messbereiches je nach Anforderungen,
  • Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung und Einsatzfähigkeit bei Sediment-bewegung,
  • Kombinationsfähigkeit mit anderen Messwertaufnehmern,
  • Eignung der Messwertausgabe zur Digitalisierung und zur Fernübertragung.

Der Prototyp eines solchen Messgerätes ist in der folgenden Abbildung im Querschnitt dargestellt.

Querschnitt Schubspannungsmessgerät

1...äußere Tragplatte  2...Messplatte  3...Grundplatte 
4...Schutzplatte  5...Biegestäbe  6...Versteifung der Messplatte 
7...Blendenhalterung  8...Maßblende Mu- Metall  9...induktiver Geber 
10...Maßgeberhalterung  11...Regulierung der Schutzplatte  12...Justierung der Messplatte 
13...Zentralspülrohr  14...Randspüleinrichtung  15...Einsatzöffnungen für Montagegriffe 
16...Öffnung für Eicheinsatz  17...Gummihautabdeckung   

Schubspannungsmessgerät von oben Schubspannungsmessgerät von unten
Prototyp des Messgerätes im ausgebauten Zustand

Technische Daten des Prototyps

  • Messplatte: 200 x 200 mm
  • Bewegungsschlitze: 0,5 mm
  • Messbereich: 015 N
  • Messaufnehmer: Induktiver Geber IWB 102
  • Messgenauigkeit: 10-4N = 2,5 Pa
  • messbare Distanzverschiebung: 10-6 mm
  • Messblende: Permally Legierung (Anfangspermeabilität: = 50.000)
  • Eigenschwingungsperiode: TE = 0,025 s (fE = 40s-1)
  • log. Dekrement: D = 8,14 10-2
  • Federkonstante: c = 20 kp/cm; Schwingungsmasse = 0,32 kg
  • Phasenveränderung: = 0,004
  • Eichcharakteristik: Korrelationsbeiwert r = 0,9998


Formstein für Wasserschutz- und Tiefbauten "Zweisäuler"

WP E 02B/220 2036

In der Summe seiner Eigenschaften stellt der Zweisäuler eines der zweckmäßigsten Betonelemente für Sicherungsmaßnahmen im Seebau dar.

Er ist beim Bau geschütteter Molen und Wellenbrecher, zum Bau von Kaimauern und Stützwänden, zur Errichtung von Buhnen, Sandsperren und Zahnschwellen, für Böschungsbefestigungen und Sohlsicherungen sowie bei der Montage von Pfeilern und Widerlagern und schließlich zur Abriegelung von Flüssen und der Schließung von Deichschäden einsatzfähig.

Der Zweisäuler wird als Verbindung von zwei rechtwinklig kreuzenden Säulen mit quadratischem Querschnitt beschrieben (vgl. Bild 1). Dieser Formstein garantiert durch die tiefe Lage seines Schwerpunktes und seine verwinkelte, kantige Form eine hohe Lagestabilität und einen großen Porenraum in einer Schüttung.

Zweisäuler (Systemskizze) Zweisäuler (Modell) Flächenverband von Zweisäulern
Bild 1: Zweisäuler (Systemskizze)
Bild 2: Zweisäuler (Modell)
Bild 3: Flächenverband von Zweisäulern

Der Zweisäuler ist als Deckschichtelement erstmalig beim Bau des Fährhafens Mukran eingesetzt worden. Die Nordmole in Mukran ist ca. 1,2 km lang und reicht bis in eine Tiefe von ca. 11,5 m. Der Molenkern wird durch Sandgefüllte Stahlbetonsenkkästen gebildet.

Im Gebiet der Wassertiefe kleiner als 9,5 m und im Bereich um den Molenkopf wurden zum Schutz gegen Druckschlagwirkungen und zur Reflexionsminderung eine Vorschüttung angeordnet. Diese Vorschüttung ist 1:1,5 geneigt. Die Deckschicht wird aus einer zweilagigen Zweisäulerschicht gebildet. Sie liegt auf einer Zwischenlage aus Natursteinen (Materialgröße ca. 1t). Den Kern unmittelbar vor den Senkkästen bildet eine Schüttung aus Wasserbausteinen.

Für die Deckschicht (Flächenbedarf 0,8 St./m2) sind 23.636 Zweisäuler im Betonwerk Ventschow in insgesamt 25 Stahlformen gefertigt worden. Sie haben Kantenlängen von 1,5 m, ein Volumen von 1,69 m3 und eine Masse von 4,05 t.

Ein Kostenvergleich mit anderen Deckschichtmaterialien für die Vorschüttung ergab zur damaligen Zeit folgende Preisrelationen:

  • Zweisäuler 100%
  • Doloselemente 126%
  • Betonwürfel 141%
  • Natursteine 150%.

Die eingesetzten Zweisäuler haben sich in ihrer bisherigen Standzeit von fast 20 Jahren sehr gut bewährt.

Blick vom Nordufer auf die Mukraner Mole Mole in Mukran mit Blick auf das Nordufer Blick von der Hafenseite gegen die Brüstungsmauer mit der aufgefüllten Zweisäulerschüttung
Bild 4: Blick vom Nordufer auf die Mukraner Mole. Im Vordergrund die begonnene Vorschüttung mit Zweisäulerdeckschicht
Bild 5: Mole in Mukran mit Blick auf das Nordufer. Die begonnene Zweisäulerschüttung ist im Querschnittnoch bis zur Brüstungsmauer aufzufüllen.
Bild 6: Blick von der Hafenseite gegen die Brüstungsmauer mit der aufgefüllten Zweisäulerschüttung

Formstein für Wasserschutzbauten "Dreisäuler"

WP E 02 B/225 084

Mit der Forderung nach preisgünstigen, vielseitig einsetzbaren Betonformkörper mit hohem Standvermögen bei Wellen und Strömungsbelastung wurde der Dreisäuler entwickelt. Dieses Schüttelement zeichnet sich durch besonders hohes Standvermögen (Strukturmodul k0 = 15) und eine sehr großem Porenraum (ca. 60 %) aus

Dreisäuler (Modell) Dreisäuler (Modell)
Dreisäuler (Ansicht 1)
Dreisäuler (Ansicht 2)

Einsatzbereiche sind vorwiegend

  • Deckschichten von Ufersicherungen und Molenbauten,
  • Vorschüttungen zur Druckschlag- und Erosionssicherung,
  • Abriegelungsmaßnahmen bei großen Fließgeschwindigkeiten,
  • schwere Sohlen- und Böschungssicherungen.


Formstein für Wasserbauten "Gabelblock"

WP E 02 B/287 2240

Mit der Forderung nach preisgünstigen, vielseitig einsetzbaren Betonformkörper mit hohem Standvermögen bei Wellen und Strömungsbelastung wurde der Gabelblock entwickelt. Das Besondere an diesem Betonformkörper ist die einfache und billige Herstellung in zwei Teilen in Flachformen. Beide Teile sind fomschlüssig zusammensteckbar und durch Kledbung und einen Plastanker dauerhaft koppelbar.

Der Gabelblo0ck hat in Schüttungen einen Strukturmodul von k0 = 7 und einen Porenraum von etwa 50 %.

Gabelblock (Ansicht 1) Gabelblock (Ansicht 2)
Gabelblock (Ansicht 1)
Gabelblock (Ansicht 2)

Einsatzbereiche sind vorwiegend

  • Deckschichten von Ufersicherungen und Molenbauten,
  • Vorschüttungen zur Druckschlag- und Erosionssicherung,
  • Abriegelungsmaßnahmen bei großen Fließgeschwindigkeiten,
  • schwere Sohlen- und Böschungssicherungen.


Plattenkonstruktion zum selbsttätigen Randkolkverbau

Vorgeschlagen wurden solche Konstruktionen als

  • Koppelplatte (PS 248477 A3, WPE 02B/273 1268)
  • Hakenplatte (PS 225743 A1, WPE 02B/265 0162)
  • Gitterdoppelplatte (PS 271138 A1, WPE 02B/314 1632)
  • Gelenkplatte (PS 258433 A1, WPE 02B/300 6304)

Eine Koppelplattenkonstruktion ist vor der Nordmole in Mukran seit uber 25 Jahren erfolgreich im Einsatz.

Sohlensicherungen werden überwiegend aus Schüttungen von Natursteinen und Betonblöcken mit Filterunterbau, als Mattenkonstruktionen, als Plattenbauweisen und schließlich als Abdeckungen mit Unterwasserbeton ausgeführt. In vielen Fällen ist dabei die Sicherung gegen Randkolke das entscheidende Problem, weil von dieser Schwachstelle ausgehend auch eine sonst standsichere Sohlenbefestigung innerhalb kurzer Zeit zerstört werden kann. Nur bei örtlich begrenzten Belastungsgebieten und unter der Forderung, dass überhaupt keine Sohlenformationen zugelassen werden dürfen, ist es mit Mehraufwand praktizierbar, die jeweils ausgewählte Sohlenbefestigung über die eigentlich notwendige Grenze hinaus bis in relativ ungefährdete Bereiche zu ziehen, um so die Randzonen zu sichern. In allen anderen Fällen muss stets ein aufwendiger Kolkverbau vorgesehen werden. Möglichkeiten dazu bestehen prinzipiell in kostenaufwendigen, tiefgegründeten, senkrechten Abschlussbaumaßnahmen, beispielsweise durch eine Spundwandanordnung sowie mit flexiblen Konstruktionen, die sich der Bauwerksseite des Kolkprofils anpassen und den Kolk in einen vorgesehenen, für das Bauwerk ungefährdeten Zustand absichern.Solche flexiblen Bauweisen sind mit gewissen Einschränkungen Steinschüttungen sowie materialgefüllte Mattenkonstruktionen aus Gewebe und Maschendraht.

Steinschüttungen zur Sohlensicherung sind meist einfach ausführbare aber stets materialaufwendige und stets teuere Konstruktionen, die relativ große Bauhöhen erfordern. Bei entstehenden Randkolken fallen zunächst die äußeren Elemente der Sohlensicherung in das sich ausbildende Kolktal. Reicht dann die Stabilität der im Kolk liegenden Einzelelemente aus, um bei der jeweils vorherrschenden Belastung nicht längsversetzt zu werden, so bauen sich allmählich, einhergehend mit dem weiteren Abbruch bzw. der Umarbeitung der Sohlensicherung Abpflasterungserscheinungen auf. Diese Abpflasterungserscheinungen vermindern die weitere Kolkentwicklung in Richtung des zu schützenden Bauwerkes und können bei ausreichend vorhandenem Steinmaterial auch das Erreichen eines stabilen Zustandes garantieren. Die Bevorratung mit einem ausreichendem Steinvolumen ist aber problematisch, weil sich einerseits die Kolkdimensionen nur schwer abschätzen lassen und weil andererseits auch die Unterbringung des zusätzlichen Materials die nutzbare Wassertiefe reduziert. Bei technisch erzeugten Belastungen, beispielsweise durch den Schraubenstrahl eines Schiffes, ist es, wenn auch mit Nutzungseinbußen, möglich, die Kolkausbildung bei entsprechenden Beobachtungen in einem noch nicht kritischen Zustand zu unterbrechen und dann kolksichernde Nachschüttungen anzuordnen. Demgegenüber wird bei naturbedingten, nicht steuerbaren Belastungsereignissen eine solche Handhabe risikobehaftet, weil schon durch eine einzige Belastungssituation die gesamte Sicherung vom Rand her zerstört und funktionsunfähig gemacht werden kann.

Materialgefüllte Mattenkonstruktionen aus Gewebe und Maschendraht weisen gegenüber Steinschüttungen wesentlich geringere Bauhöhen und neben auch sonst erhöhter Stabilität bedeutend größere Randstandsicherheiten auf. Die Probleme bei diesen Befestigungsarten liegen in der Herstellungs- und Verlegetechnologie ausreichend großer und schwerer Matten sowie in der, Verschleißfestigkeit des Mattenmaterials bei Belastung durch physikalische und chemische Faktoren.

Eine funktionsgerechte Sicherung auch von stark belasteten Randzonen wurde in der Entwicklung besonderer Betonplattenkonstruktionen zum selbsttätigen Randkolkverbau gesehen.

Diese Konstruktion sollte folgende Vorteile vereinen:

  • geringer Materialeinsatz und geringe Bauhohen der Befestigung,
  • industrielle Vorfertigung relativ einfacher Betonelemente,
  • Montagebauweise und damit zugiger Bauablauf,
  • Anpassungsfahigkeit der Befestigung an vorhandene Bodenunebenheiten,
  • Lastverteilung bei Mitwirkung von Nachbarelementen durch flachensichernde Verbindungen,
  • Hohe Dauerfestigkeit der Sicherungsmasnahme auch im aggressiven Seewasser bei Sandschliff und anderen mechanischen Belastungen.


Kronenausbildung für steilwandige Molenbauten

WP E 02 B/249 5288

Die Konstruktion zielt darauf ab, vorwiegend für Senkkastenbauweisen Reflexion-erscheinungen der Wellenbelastung maßgeblich zu vermindern. Der Wirkmechanismus wird durch innere Steinschüttungen realisiert.

Anwendungsbereiche sind vorwiegend die Einfahrts- und Innenbereiche von Häfen


Profil

Kooperationen

Leistungsbeschreibungen

Projekte

Patente

Publikationen

Kontakt

Impressum


E-Mail: mail@fluss-seebau-consult.de,    Festnetz: +49-331-8672997,    Handy: +49-177-2071069

26.02.2021