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unilogo Universität Stuttgart
Institute of Hydraulic Engineering

Research: Hydraulic Laboratory

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Tests zur Erosionsstabilität von Tondichtungen
Project manager:Prof. Dr.-Ing. Silke Wieprecht
Deputy:Dr.-Ing. Sven Hartmann, AOR
Research assistants:Dipl.-Phys. Gerhard Schmid
Duration:15.4.2011 - 1.7.2011
Comments:

This project is part of the research area:
Hydromorphology

MMM- Monitoring, Measuring and Modelling


Abstract:

In Binnenwasserstraßen kommt es durch Schiffsverkehr zu einer zeitlich und lokal begrenzten erhöhten Belastung der Kanalsohle, hervorgerufen durch den Schraubenstrahl des Schiffsantriebs der fahrenden Schiffseinheiten. Die dabei auftretenden Scherkräfte können zur Kolkbildung an der Sohlensicherung (z. B. Wasserbausteine) führen. Neben dieser Steinverlagerung kann es auch zu einer Beeinträchtigung der Stabilität der darunter befindlichen Tondichtung bis hin zu deren Versagen kommen.

Basierend auf den Berechnungen der BAW können durch den routinemäßigen Fahrbetrieb Sohlenschubspannungen von bis zu 58 N/m² auftreten, wobei die Dauer der extremen Belastung im Bereich von wenigen Sekunden liegt. Aufgrund der zu geringen Datenlage sind derzeit keine Aussagen bezüglich der Auswirkungen dieser Kurzzeitbelastung als auch zum Langzeitverhalten der Standfestigkeit der Tondichtung möglich. Die Erosionsstabilität von Tondichtungen wird spezifisch für die Situation im Stichkanal Hildesheim (SKH) untersucht. Hier verläuft der Kanal teilweise als Dammstrecke und ist entsprechend mit einer Dichtung versehen. Um abschätzen zu können, mit welchen Erosionsraten für die Tondichtung infolge der Schraubstrahleinwirkungen zu rechnen ist, sind geotechnische und hydrodynamische Untersuchungen des Dichtungsmaterials notwendig.

Das Institut für Wasserbau (IWS) der Universität Stuttgart verfügt über einen Strömungskanal, in dem definiert Sohlenschubspannungen in einem Beobachtungssegment erzeugt werden können. Das vom IWS vor rund 20 Jahren konzipierte und seitdem ständig weiter entwi-ckelte SETEG-System (Strömungskanal zur Ermittlung der tiefenabhängigen Erosionsstabilität von Gewässersedimenten) ermöglicht sowohl die Ermittlung des so genannten kritischen Zustands, d. h. des Bewegungsbeginns, als auch der Erosionsraten für Belastungszustände der Sohle über diesen Zustand hinaus.
Zur Beurteilung der Erosionsstabilität und zur Abschätzung der Erosionsraten werden Bodenproben aus der bestehenden Dichtung des SKH gewonnen und in der Versuchsanstalt für Wasserbau untersucht. Die Probengewinnung des für die nachfolgend beschriebenen Untersuchungen verwendeten Sedimentmaterials erfolgt durch Personal der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung unter Einsatz eines Tauchers. Obgleich die Proben durch die Entnahme, den Transport sowie den Einbau in die SETEG-Rinne nicht als ungestört betrachtet werden können, ist aufgrund der Konsistenz des beim Einbau technisch aufbereiteten und eingebauten Materials und der sachgerechten Lagerung davon auszugehen, dass die unter Laborbedingungen ermittelten Werte die Erosionsstabilität realistisch repräsentieren.