ak - k2 vierfuss 03/2001 gliederung die bereitstellung der · bundesanstalt fÜr wasserbau...
TRANSCRIPT
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
• Einführung• Extremwertanalysen auf Basis des GKSS-Hindcasts• Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
• Bauwerksbelastung und Standsicherheit• Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
Inhalt
Gliederung
TopographiemNN
-50. 0-38. -26. -14.
0 5.00 km2.50
- Schutz- und Sicherheitshafen Helgoland -
BAW-Kolloquium
am 15. März 2001
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Anmerkung:
Die Bereitstellung derfolgenden Vortragsfolienist als Service für dieTeilnehmer desKolloquiums gedacht. DieFolien ersetzen nicht dasgesprochene Wort.
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Konzeption und Umfang des Projekts
küstennaheSeegangsumformung
Seegangshindcast+ Extremwertanalyse
Bauwerk
Hbem
Nordseegebiet
Helgoland-Modell
Seegangsbelastung
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Seegangsklimatologiefür die Deutsche Bucht
Institut für Küstenforschung(ehem. Institut für Gewässerphysik)
GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH
Extremwertanalysen auf Basis des GKSS-Hindcasts
Seegangshindcast vom Februar 1999
�
Seegangshindcastüber 40 Jahre
(1955-1994)
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Extremwertanalysen auf Basis des GKSS-Hindcasts
1
3 2
4
• Seegang bei 1, 2, 3, 4– Signifikante Wellenhöhe Hs
– Peakperiode Tp
• Windgeschwindigkeiten• Wasserstände
Randbedingungen für den Bemessungsfall
Für definierte, selteneEintrittswahrscheinlichkeiten gesucht:
Alle Parameter als Funktion der Seegangsrichtung !
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Beispiel:Extremwerte nach Richtungen für:
• signifikante Wellenhöhe Hs
• Hochwasserstände Thw
Extremwertanalysen auf Basis des GKSS-Hindcasts
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
5.7
4.4 4.7
3.8
3.5
4.0
3.8
3.6
4.03.8
5.77.6
8.2
8.4
9.2
8.9
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
100 Jahre (Basis GKSS-Hindcast)
50 Jahre (Basis: GKSS-Hindcast)
LWI, 1983
Signifikante Wellenhöhen, Helgoland-SW, Ergebnis
Extremwertanalysen auf Basis des GKSS-Hindcasts
Hs in [m]
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Wasserstände, Ergebnis
Extremwertanalysen auf Basis des GKSS-Hindcasts
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
100 Jahre
50 Jahre
Thw in [m HN]
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Randbedingungen für 100 jährl. Wiederkehr
N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
2000 1.64 1.56 1.64 1.96 1.67 1.54 1.45 1.49 1.67 1.78 1.99 3.25 3.65 4.01 2.84 2.58
2050 1.87 1.78 1.87 2.19 1.90 1.77 1.68 1.72 1.89 2.01 2.22 3.48 3.88 4.23 3.07 2.80
24.9 23.5 24.5 25.4 26.6 25.7 24.6 26.8 28.5 30.3 27.6 31.0 32.1 30.0 34.5 28.3
Hs in [m] 3.7 3.6 3.4 3.1 3.2 3.3 3.3 3.6 4.8 5.5 5.7 5.7 5.9 6.2 7.1 5.2
Tp in [s] 8.4 8.1 7.5 6.9 7.0 7.6 7.5 8.0 10.8 12.5 13.1 13.8 13.5 14.8 15.4 12.7
Hs in [m] 6.2 4.3 4.3 3.6 3.7 3.7 3.6 4.1 4.3 5.6 6.9 7.3 7.6 7.9 8.5 8.4
Tp in [s] 12.5 9.7 8.7 7.3 7.4 7.4 7.4 7.6 8.5 11.4 13.2 14.2 15.0 14.8 14.9 14.5
Hs in [m] 4.4 4.7 3.8 3.5 4.0 3.8 3.6 4.0 3.8 5.7 7.6 8.2 8.4 8.9 9.2 5.7
Tp in [s] 11.0 9.3 8.0 7.5 7.6 7.5 7.3 7.8 7.5 9.9 12.9 13.1 13.8 14.8 14.7 12.3
Hs in [m] 4.8 4.1 3.7 3.5 3.7 3.8 3.8 3.9 3.8 5.3 6.6 7.4 7.7 8.2 7.2 6.2
Tp in [s] 9.8 8.0 7.7 7.4 7.7 7.6 7.7 8.2 7.7 10.7 12.9 13.5 15.2 15.4 13.6 12.6
Pos.Südost2332
Pos.Südwest2233
Pos.Nordwest2132
RICHTUNGEN nachnautischer Definition
WINDGESCHWINDIG-KEITEN in [m/s]
WASSERSTÄNDEin [m HN]
Pos.Nordost2231
Extremwertanalysen auf Basis des GKSS-Hindcasts
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
küstennaheSeegangsumformung
Seegangshindcast+ Extremwertanalyse
Bauwerk
Hbem
Nordseegebiet
Helgoland-Modell
Seegangsbelastung
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Seegangsmodell SWAN
„S imulating WAves Nearshore“(Delft University of Technology)
Seegangsmodell der 3. Generation
berechnet 2-D-Energiedichtespektren aufGrundlage der Energietransportgleichung
berücksichtigt:Refraktion, Shoaling, Strömung, Wellenbrechen,Bodenreibung, wave set-up,Transmission bei Wellenbrechern
berücksichtigt nicht:Diffraktion, Reflexion
Seegangsmodell SWAN
Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
• topographische Grundlagen:
Peilungen des BSH
Peilungen des WSA TönningPhotogrammetrie Ufer und Felswatt
ufernahe FächerpeilungGrundkarten 1 : 5000
• Modell:
Gesamtgebiet rd. 11 km * 12 km, Auflösung 100 m
genesteter Innenbereich 5 km * 5 km, Auflösung 20 m
Erstellung des Helgoland-Modells
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Simulation:
Sturmflut 28.01.1994Seegang um 15 Uhr
Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00Signifikante Wellenhöhe
Hs [m]
( Peakrichtung: > )
Simulation naturnah?
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
[rad]
[digits]
Messung:
Sturmflut 25.10.1999Seegang um 21 Uhr
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Seegang aus WNWEintrittswahrscheinlichkeit 100 Jahre
3425500.00 3426500.00 3427500.00 3428500.00 3429500.00
6004500.00
6005000.00
6005500.00
6006000.00
6006500.00
6007000.00
6007500.00
6008000.00
6008500.00
6009000.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
Signifikante Wellenhöhe
Hs [m]
( Peakrichtung: > )
Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
Westmole
Ostkaje
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001Seegangsatlas
Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
S e e g a n g sr ic h t u n g
B e r e c h n u n g sp u n k t
X p Y p H s ig P k D i r T p e a k D e p t h W le n S t e e p n
[ m ] [ m ] [ m ] [ d e g r ] [ s e c ] [ m ] [m ] [ ]N 1 3 4 2 7 4 6 0 6 0 0 5 4 5 0 1 . 7 7 1 1 7 .5 1 2 . 3 6 4 . 6 1 2 8 . 1 4 0 . 0 6 2 8 9
N 2 3 4 2 7 5 0 0 6 0 0 5 2 5 0 1 . 9 7 2 2 .5 1 1 . 1 8 5 . 1 5 2 7 . 0 3 0 . 0 7 2 8 3
N 3 3 4 2 7 5 5 0 6 0 0 5 0 0 0 2 . 3 2 5 3 5 7 .5 1 0 . 1 1 9 . 7 4 3 2 . 6 1 0 . 0 7 1 2 3
N 4 3 4 2 7 8 5 0 6 0 0 4 8 5 0 2 . 5 5 6 1 5 2 .5 1 2 . 3 6 9 . 2 7 4 7 . 4 0 . 0 5 3 8 9
N 5 3 4 2 8 1 3 0 6 0 0 4 9 6 0 2 . 8 5 7 1 8 7 .5 1 2 . 3 6 1 1 . 6 5 1 . 2 3 0 . 0 5 5 7 1
N 6 3 4 2 8 2 1 0 6 0 0 5 1 4 0 2 . 6 1 8 1 7 7 .5 1 2 . 3 6 1 2 . 3 4 3 . 5 8 0 . 0 6 0 0 2
N 7 3 4 2 8 2 6 0 6 0 0 5 2 0 0 2 . 6 9 8 1 7 2 .5 1 2 . 3 6 1 1 . 3 1 4 2 . 5 2 0 . 0 6 3 3 8
N 8 3 4 2 8 2 8 0 6 0 0 5 3 1 0 2 . 8 5 1 1 6 7 .5 1 2 . 3 6 1 0 . 1 7 3 7 . 4 2 0 . 0 7 6 1 4
N 9 3 4 2 8 2 5 0 6 0 0 5 4 8 0 3 . 0 1 8 1 8 7 .5 1 2 . 3 6 7 . 9 9 3 5 . 9 9 0 . 0 8 3 7 9
N 1 0 3 4 2 8 2 0 0 6 0 0 5 5 9 0 2 . 6 7 1 2 8 2 .5 1 2 . 3 6 9 . 2 1 3 0 . 4 8 0 . 0 8 7 5 5
N 1 1 3 4 2 8 0 5 0 6 0 0 5 6 8 5 2 . 3 2 8 1 8 2 .5 1 2 . 3 6 8 . 3 2 6 . 9 6 0 . 0 8 6 2 8
N 1 2 3 4 2 7 8 8 0 6 0 0 5 8 0 0 2 . 1 3 4 1 7 2 .5 1 2 . 3 6 6 . 2 2 2 3 . 3 2 0 . 0 9 1 4 4
N N E 1 3 4 2 7 4 6 0 6 0 0 5 4 5 0 1 . 3 8 5 7 .5 9 . 1 4 4 . 5 2 2 1 . 3 7 0 . 0 6 4 7 6
N N E 2 3 4 2 7 5 0 0 6 0 0 5 2 5 0 1 . 2 7 5 1 7 .5 9 . 1 4 5 . 0 6 1 6 . 7 3 0 . 0 7 6 1 9
N N E 3 3 4 2 7 5 5 0 6 0 0 5 0 0 0 1 . 4 3 2 3 5 7 .5 9 . 1 4 9 . 6 5 1 8 . 4 0 . 0 7 7 7 8
N N E 4 3 4 2 7 8 5 0 6 0 0 4 8 5 0 2 . 2 2 5 1 5 7 .5 1 0 . 1 1 9 . 1 8 3 4 . 4 3 0 . 0 6 4 5 9
N N E 5 3 4 2 8 1 3 0 6 0 0 4 9 6 0 2 . 7 5 8 1 8 2 .5 9 . 1 4 1 1 . 5 1 3 6 . 6 2 0 . 0 7 5 2 4
N N E 6 3 4 2 8 2 1 0 6 0 0 5 1 4 0 2 . 6 5 7 1 7 7 .5 9 . 1 4 1 2 . 2 1 3 3 . 4 3 0 . 0 7 9 4 3
N N E 7 3 4 2 8 2 6 0 6 0 0 5 2 0 0 2 . 7 2 1 1 7 2 .5 9 . 1 4 1 1 . 2 2 3 2 . 7 0 . 0 8 3 1 3
N N E 8 3 4 2 8 2 8 0 6 0 0 5 3 1 0 2 . 7 8 1 9 2 .5 9 . 1 4 1 0 . 0 8 3 0 . 5 5 0 . 0 9 0 9
N N E 9 3 4 2 8 2 5 0 6 0 0 5 4 8 0 2 . 8 4 4 1 8 7 .5 9 . 1 4 7 . 9 3 0 . 1 1 0 . 0 9 4 3 9
N N E 1 0 3 4 2 8 2 0 0 6 0 0 5 5 9 0 2 . 5 3 1 8 2 .5 9 . 1 4 9 . 1 2 2 6 . 5 1 0 . 0 9 5 3 5
N N E 1 1 3 4 2 8 0 5 0 6 0 0 5 6 8 5 2 . 2 4 7 1 8 2 .5 9 . 1 4 8 . 2 1 2 3 . 7 1 0 . 0 9 4 6 8
N N E 1 2 3 4 2 7 8 8 0 6 0 0 5 8 0 0 2 . 0 7 7 1 7 2 .5 9 . 1 4 6 . 1 3 2 1 . 2 9 0 . 0 9 7 4 9
N E 1 3 4 2 7 4 6 0 6 0 0 5 4 5 0 1 . 1 0 5 7 7 .5 9 . 1 4 4 . 6 1 1 7 . 7 0 . 0 6 2 3 4
N E 2 3 4 2 7 5 0 0 6 0 0 5 2 5 0 0 . 9 2 1 7 7 .5 9 . 1 4 5 . 1 5 1 0 . 7 6 0 . 0 8 5 6
N E 3 3 4 2 7 5 5 0 6 0 0 5 0 0 0 1 . 0 5 7 8 7 .5 9 . 1 4 9 . 7 4 1 2 . 8 0 . 0 8 2 5 6
N E 4 3 4 2 7 8 5 0 6 0 0 4 8 5 0 2 . 4 5 1 1 5 2 .5 9 . 1 4 9 . 2 7 3 4 . 1 3 0 . 0 7 1 7 3
N E 5 3 4 2 8 1 3 0 6 0 0 4 9 6 0 3 . 0 2 5 1 8 2 .5 8 . 2 7 1 1 . 6 3 4 . 5 7 0 . 0 8 7 4 3
N E 6 3 4 2 8 2 1 0 6 0 0 5 1 4 0 2 . 9 4 3 1 7 2 .5 8 . 2 7 1 2 . 3 3 3 . 0 4 0 . 0 8 8 9 8
N E 7 3 4 2 8 2 6 0 6 0 0 5 2 0 0 2 . 9 6 9 1 6 2 .5 8 . 2 7 1 1 . 3 1 3 1 . 7 5 0 . 0 9 3 4 4
N E 8 3 4 2 8 2 8 0 6 0 0 5 3 1 0 2 . 9 7 7 1 5 7 .5 8 . 2 7 1 0 . 1 7 3 0 . 2 0 . 0 9 8 5 2
N E 9 3 4 2 8 2 5 0 6 0 0 5 4 8 0 2 . 9 9 8 1 5 2 .5 8 . 2 7 7 . 9 9 2 9 . 8 8 0 . 1 0 0 2 7
N E 1 0 3 4 2 8 2 0 0 6 0 0 5 5 9 0 2 . 6 7 2 1 7 7 .5 8 . 2 7 9 . 2 1 2 6 . 3 0 . 1 0 1 5 1
N E 1 1 3 4 2 8 0 5 0 6 0 0 5 6 8 5 2 . 3 7 1 1 7 2 .5 8 . 2 7 8 . 3 2 3 . 6 9 0 . 0 9 9 9 8
N E 1 2 3 4 2 7 8 8 0 6 0 0 5 8 0 0 2 . 2 0 4 1 6 7 .5 8 . 2 7 6 . 2 2 2 1 . 7 7 0 . 1 0 1 1 2Seegangsdaten an den Referenzpunkten
Modellierung der küstennahen Seegangsumformung
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
Bauwerk
Hbem
Seegangsbelastung
• Standsicherheitsbetrachtungan 2 Beispielen:
West-mole
Ost-kaje
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
pu
p1
Hbem
p3
d
hc
p0
h hb
ηηηη∗∗∗∗Der Ansatz berücksichtigt:
natürlichen SeegangBelastung durch stehende WellenBelastung durch brechende Wellenkein Druckschlag
Seegangsparameter:
HBem Bemessungswellenhöhe (Abstand 5HS)
HBem = H1/250 ~ 1,8 · H1/3 ~ 1,8 · HS
TBem zugehörige Wellenperiode
TBem = T1/3 ~ [0,9 ... 0,95] · TP
LBem zugehörige Wellenlänge
ββββ Wellenangriffswinkel
Kipp- und Gleitsicherheit: ηηηη > 1,2
Seegangsbelastung nach GODA
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Berechnungspunkte Ostkaje
487
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
Ostkaje
obererDrehp.
untererDrehp.
8,00
0,30 6,80
4,65
0,90
5,10
5,50
+ 3,40 1,15
0,50Brüstungsmauer
NN + 3,40 m
MThw = NN + 0,74 m
NN + 0,00 m-
MThw = NN - 1,58 m
0,50
Stahlbetondielen
NN - 6,30 m
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
O s t k a j e , Wellenhöhen
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Süd West Nord Ost Süd
Wel
lenh
öhe
[m]
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Wa
ss
er
sta
nd
[mH
N]
Wasserstand
signifikanteWellenhöhe
Bemessungs-Wellenhöhe
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
0
1000
2000
3000
4000
5000
Süd West Nord Ost Süd
Mo
me
nt
[kN
m/m
]
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Sic
he
rh
eit
O s t k a j e , Kippmomente
Moment ausEigengewicht
Sicherheits-faktor
Moment ausSeegangsbelastung
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Berechnungspunkt Westmole
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
Westmole
„ ohne Trümmer “- 5,0 m
n. Becker 1959Block 6000 t/ 28,0 mG = 2140 KN/m
Betonbrockenin Beton
Betonbrockenin Sand
Sand und Felsschutt
Schwimmkasten
GrundschwelleKontraktorbeton
+ 7,00 m HN
- 8,95 m HN
Brüstungsmauer
8,00
MThw + 0,81
MTnw - 1,58
(5*HS)- 8,95
Foto: WSA Tönning
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
-2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0
Tra
nsm
issi
onsk
oeffi
zien
tCt
Relative Kronenhöhe Rc / Hs
Wellentransmission bei einem Unterwasser-Wellenbrechernach van der Meer / CIRIA-Manual 1991
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
W e s t m o l e , Wellenhöhen
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ost Süd West Nord Ost
Wel
lenh
öhe
[m]
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Wa
ss
er
sta
nd
[mH
N]
Wasserstand
- Trümmer auf 0 m HN
signifikanteWellenhöhe
- ohne „Trümmermole“
Bemessungs-Wellenhöhe
- Trümmer auf +1 m HN
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
W e s t m o l e , Momente
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Ost Süd West Nord Ost
Mo
me
nt
[kN
m/m
]
0
1
2
3
4
5
6
7
Sic
he
rh
eit
Moment ausSeegangsbelastung
Moment ausEigengewicht
Sicherheits-faktor
ohne „Trümmermole“
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
W e s t m o l e , Momente
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Ost Süd West Nord Ost
Mo
me
nt
[kN
m/m
]
0
1
2
3
4
5
6
7
Sic
he
rh
eit
Sicherheits-faktor
Moment ausEigengewicht
Moment ausSeegangsbelastung
Trümmer auf 0 m HN
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
W e s t m o l e , Kippmomente
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Ost Süd West Nord Ost
Mo
me
nt
[kN
m/m
]
0
1
2
3
4
5
6
7
Sic
he
rh
eit
Moment ausEigengewicht
Moment ausSeegangsbelastung
Trümmer auf +1 m HN
Sicherheits-faktor
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Ermittlung der Bauwerksstandsicherheit
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Ost Süd West Nord Ost
Mo
me
nt
[kN
m/m
]
0
1
2
3
4
5
6
7
Sic
he
rh
eit
Moment ausEigengewicht
Sicherheits-faktor
Moment ausSeegangsbelastung
Trümmer auf +1 m HN
Für den Bemessungsfall ist rechnerisch keineStandsicherheit vorhanden.
aber:
Die Standsicherheit ließ sich auch für die Sturmflutvom 28.1.1994 nicht nachweisen ( ηηηη = 0,87).
Es gibt somit Standsicherheitsreserven, die nichtquantifiziert werden konnten.
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Ost Süd West Nord Ost
Mo
me
nt
[kN
m/m
]
0
1
2
3
4
5
6
7
Sic
he
rh
eit
Moment ausEigengewicht
Sicherheits-faktor
Moment ausSeegangsbelastung
Trümmer auf +1 m HN
0
1000
2000
3000
4000
5000
Süd West Nord Ost Süd
Mo
me
nt
[kN
m/m
]
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Sic
he
rh
eit
Moment ausEigengewicht
Sicherheits-faktor
Moment ausSeegangsbelastung
η ≅ 1
• Was kann man tun, wenn ein Molenbauwerkals nicht standsicher eingestuft werden muß?
• Wie sind die betrachteten Molen tatsächlicheinzustufen?
• Welche Sicherungskonzepte ergeben sichdaraus?
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
Grundsätzliche Möglichkeiten zur Sicherungvorhandenener Molenbauwerke
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
Hbem
h hb
pu
p1
p3
p0
Verbreiterung / Vorsatzwand(Vergrößerung des Eigengewichts)
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
Hbem
h hb
p1
p3
p0
Abdichtung des Untergrundes(Minderung des Sohldrucks)
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
Hbem
d
h hb
pu
p1
p3
p0
Binnenseitige Stützböschung
Vorteil:• Wellendämpfung im Hafen
Nachteil:
• große Bewegungen zur Mobilisierung
des passiven Erddrucks erforderlich
• Liegeplatz geht verloren
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
Hbem
Seeseitige Böschungsvorlage
Vorteil:
• Entlastung des Molenbauwerks
Nachteil:
• große Stein-/Formsteingewichte
u. große Massen erforderlich
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Hbem
h
p1
vorgelagerter Wellenbrecher(Dämpfung der Bemessungswelle)
Nachteil:
• große Stein-/Formsteingewichte
• erst bei hoher Krone effektiv,
somit große Massen erforderlich
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Ostkaje: Die rechnerische Kippsicherheit ist knapp (ηηηη ~ 1,0).
>Soll: ηηηη 1,2 !=
Reserven:
• GODA-Ansatz ergibt ca. 10% zu große Belastung(van der Meer 1995)
• die tatsächlich günstigere Wellenhöhenverteilungmindert die Belastung (10% ?)
aber: geschwächte Bauwerkssubstanz
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
8,0 m
HBem
rd.1
0m
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Ostkaje: Erhöhung der Kippsicherheit (ηηηη > 1,2).
Problemlösung:
• Verstärkung (Vorsatzwände):- Erhöhung des Eigengewichts (rückdrehendes Moment)- Sicherung der Bauwerkssubstanz
• evtl. zusätzl. Untergrunddichtung:- Minderung des Wellendrucks in der Sohlfuge
• alternativ: Vorböschung
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
8,0 m
HBem
rd.1
0m
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Westmole (Standsicherheit rechn. nicht nachweisbar.)
Offene Fragen :
Verteilung der Belastung in Längsrichtung(Annahme: gleichmäßige Seegangsbelastung,Wahrheit: abhängig von der Länge der Wellenkämme, zusätzlich durch Trümmerlagen beeinflußt)
Lastabtragung in Längsrichtung(Kraftübertragung auf weniger belastete Nachbarsenkkästen)
Sonstige statische Tragfähigkeitssreserven
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
horizontaleVerteilungder Belastung
Bauwerksmessungenan der Westmole
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Westmole (Standsicherheit rechn. nicht nachweisbar.).
Konzept:
1.) Bauwerksmessungen: Standsicherheitsniveau quantifizierbar?
2.) ggf. Kalibrierung des Berechnungsansatzes
3.) Entwurfsaufstellung und Variantenvergleich:
Schlußfolgerungen und Instandsetzungskonzepte
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Variante:
Ist-Zustand X ?
Gewichtserhöhung X X
Stützung (binnen) X X
Vorböschung (Schüttsteinbemessung) X
kalibrierterBerechnungsansatz
Kostenvergleich derstandsicheren Varianten
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Ergebnisse
Ergebnisse des Projekts „Seegangsbelastung der Molen“(Gutachten und Daten-CD):
Die maßgebenden Seegangsparameter in Bauwerksnähewurden ermittelt.(Wiederkehrperioden 20, 50, 100 Jahre).
Die Verfahren zur Berechnung der Bauwerksbelastungwurden festgelegt und erläutert.(GODA-Ansatz für senkrechte Bauwerke).
Mögliche Instandsetzungskonzepte wurden vorgeschlagen.
Westmole: Die Frage nach der horizontalen Lastverteilung und -abtragung bliebnoch offen.
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001
Resümee
Randbedingungen (Seegangshindcast, Extremwertanalyse)
Erstmals konnten für das Seegebiet Helgoland fundierte Berechnungen (Hindcast)herangezogen und statistisch nach Seegangsrichtungen ausgewertet werden.
küstennahe Seegangsumformung (Modellierung, Messung)
Mit Hilfe der HN-Modellierung wurde die küstennahe Seegangsumformung entsprechenddem Stand der Wissenschaft berücksichtigt.
Vom geförderten Radar-Meßverfahren sind zukünftig wertvolle Daten zu erwarten(Verifikation, Weiterentwicklung).
Bauwerksbelastung und Standsicherheit
Zur Überprüfung der Standsicherheit bestehender Bauwerke sind besonders genaueVerfahren erwünscht, um unnötige Verstärkungsmaßnahmen zu vermeiden.
Im Küstenwasserbau wird es auch in Zukunft eine besondere Herausforderung sein,solche Bedingungen mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
AK - K2 Vierfuss 03/2001