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Durchführung von wissenschaftlichen Modelluntersuchungen mit weitgestuftem Steinmaterial zum Einsatz als Kolkschutz - Phase 2

Supervisor:Prof. Dr.-Ing. habil Torsten Schlurmann
Researcher:Dipl.-Ing. Alexander Schendel, Dr.-Ing. Nils Goseberg
Duration:Juni 2012 - September 2012
Funded by:Mibau Baustoffhandel GmbH
Bild Durchführung von wissenschaftlichen Modelluntersuchungen mit weitgestuftem Steinmaterial zum Einsatz als Kolkschutz - Phase 2

Um den zeitlichen und finanziellen Aufwand beim Einbau derzeitiger Kolkschutzsysteme zu minimieren, hat die Firma Mibau Baustoffhandel GmbH ein weitgestuftes Bruchsteinmaterial mit Korngrößenbereich 1-200 mm entwickelt. Die gewählte Materialzusammensetzung macht Untersuchungen hinsichtlich einer Beurteilung der Materialstabilität unter Strömungs- und Wellenbelastung sowie hinsichtlich einer Abschätzung der Eignung als eigenständiges Kolkschutzsystem erforderlich.  

Zur Bewertung der Erosions- und Lagestabilität dieses Materials unter Strömungsbelastung wurden hydraulische Modellversuche im Maßstab 1:1 in der Umlaufrinne des Franzius-Instituts durchgeführt. Hierbei wurde das weitgestufte Material mit sukzessiv ansteigenden Strömungsgeschwindigkeiten belastet und die dabei auftretenden Sohlschubspannungen sowie das erodierte Material quantitativ bestimmt. Durch die Abtastung der Sohloberfläche mittels eines Laser-Distanz-Sensors konnte zudem die Ausprägung von Erosions- sowie Akkumulationsbereichen infolge der Strömungsbelastung an der Sohloberfläche abgebildet werden.

Als Grundlage zur Stabilitätsbeurteilung des Materials wurde die Anwendbarkeit gängiger Bemessungsansätze (insb. Shields und Egiazaroff) überprüft. Die Ergebnisse der Modellversuche bescheinigten dem Material eine gegenüber dem Shields-Ansatz erhöhte Stabilität einzelner Kornfraktionen (0.08 mm bis 3.50 mm) bei stationärer Strömungsbelastung. Im Mittel konnte für den betrachteten Korngrößenbereich eine Erhöhung der kritischen Sohlschubspannung um einen Erhöhungsfaktor von ζ = 9.76 gegenüber den kritischen Schubspannungen nach Shields festgehalten werden. Für die gröberen Kornfraktionen des Materials müssen diese Ergebnisse durch weiterführende Untersuchungen oder Feldstudien mit weitaus höheren Belastungen (um >> 0.9m/s) ergänzt und bestätigt werden.

 Abb.: Vergleich kritischer Sohlschubspannungen für D50

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