Auswirkungen von Schiffswellen auf die Stabilität von Uferböden – Ein neues Messsystem zur Quantifizierung von Spannungen im Wasser und dem gesättigten Boden

Wien

2009

99-111

Artikel aus einer Zeitschrift

200207190

The renaturation of river and coastal embankments needs to include ecological aspects and the stability of shorelines. The impact of waves caused by heavy ship traffic could lead to erosion processes and to the degradation of soils along the coast. To evaluate the stability of shorelines it is necessary to quantify soil stability parameters as well as stress impacts of the waves. Therefore, stress measurements of ship waves were carried out at Kiel Canal. In order to determine the three main stresses (σ1, σ2, and σ3), the averaged mean stress (MNS), and the oc-tahedral shear stress a new developed stress state transducer system was firstly tested. This newly constructed system (Mudflat-SST) is equipped with an exchangeable battery for long time measurements and waterproof, which
allows measurements in water and saturated soils. The sensors heads were placed above and below the middle water level for determining the effect of waves and a potential drag effect. During two periods, different types of ships were measured such as container vessel, cargo ship, ferry, and catamaran. Maximum stress impacts of 3 kPa were determined. The results show different kind of waves regarding their period or expression for the different ship types. In order to quantify the maximum stress impact of breaking waves, further research is needed to optimize sensor head´s location in the water and saturated soil.
Keywords: ship waves, soil stability, stress impacts, mean stresses, stress state transducer system
Bei der Renaturierung von Flüssen und dem Rückbau von befestigten Uferanlagen müssen neben ökologischen Aspekten auch die Uferstabilitäten berücksichtigt werden. Es stellt sich die Frage, ob an viel befahrenen Wasserschifffahrtsstraßen der von Schiffen erzeugten Wellenschlag zur Erosion und Degradation von Uferböden führt. Um verlässliche Stabilitätsbewertungen der Ufer durchführen zu können, müssen neben den Bodenstabilitätsparametern außerdem die einwirkenden Kräfte quantifiziert werden. Aus diesem Grund wurden Span-nungsmessungen von Schiffswellen im Nord-Ostsee-Kanal bei Kiel vorgenommen. Für die Bestimmung
der drei raumgerichteten Hauptspannungen σ1, σ2 und σ3, der mittleren Normal- (MNS) und der oktaedrischen Scherspannung (OCTSS) wurde eine modifizierte Form des Stress-State-Transducer-System (SST) entwickelt und erstmalig eingesetzt. Die Neukonstruktion (Watt-SST) mit einem austauschbaren Akku und wasserabgedichteten Messkomponenten ermöglicht den Einsatz im Wasser und im wassergesättigten Boden. Die Sensorköpfe wurden unter und über der mittleren Wasseroberfläche positioniert, um den Wellenschlag und eine mögliche Sogwirkung quantifizieren zu können. Während zwei Messperioden wurden verschiedene Schiffstypen (Containerschiff, Fähre, Frachter und Katamaran) gemessen. Die Ergebnisse zeigten je nach Schiffstyp unterschiedliche Wellenmuster (Periode sowie Ausprä-gung) und Spannungswerte von bis zu 3 kPa. Die ersten Ergebnisse verdeutlichen außerdem, dass eine Optimierung hinsichtlich Einbau und Platzierung der Sensoren im Wasser und Boden erfolgen muss, wenn die maximalen Spannungsspitzen beim Brechen einer Welle erfasst werden sollen.
Schlagworte: Schiffswellen, Bodenstabilität, Spannungsmessungen, Hauptspannungen, Stress State Trans-ducer System