Erprobung von Deckwerken durch Schiffahrt-versuche

Aufgabenstellung

Die Kanal- und Schiffahrtsversuche Bamberg 1967 [1] hatten gezeigt, clag lose Steinschiittungen keinen ausreichen-den Schutz filr die Boschung .eines Schiffahrtskanals darstel-len. Der Schraubenstrahl des anfahrenden Motorschiffes zer-stort em n derartiges Deckwerk kiirzester Zeit; auch

schwere Steine werden durch die Kraft des Strahls

weg-geschleudert. Das zwang dazu, nach Deckwerken zu suchen,

deren Elemente nidat lose gelagert sind, sondern einen ausreichenden Zusammenhang besitzen, urn den

konzen-triert angreifenden Strahl grogflichig aufnehmen zu konnen. In der Haltung Hausen des Main-Donau-Kanals (MDK)

wurden 7 Deckwerke dieser Art in Probestrecken

einge-baut und bei den Kanal- und Schiffahrtsversuchen Hausen 1970 in gleicher Weise wie seinerzeit in Bamberg der Ein-wirkung des Schiffsschraubenstrahls ausgesetzt.

Im folgenden wird ilber diese Versuche und ihre Ergeb-nisse berichtet. Im Sinne einer objektiven Darstellung wer-den die Bauweisen, die in der Mehrzahl gesetzlich geschiitzt sind, nur nach ihren bautechnischen Merkmalen bezeichnet.

Arten der Versuchsdurchfiihrung

Die Versuche an den ausgefiihrten Deckwerken mit verkehrsublichen Schiffseinheiten sind an .sich absolut praxis-nahe Naturversuche. Was jedoch nicht untersucht werden konnte, isc die Dauerbean:spruchung. Man mag deshalb

mit Recht einwenden, clag die Ergebnisse nichts iiber die BewHhrung ins Laufe !anger Betriebsjahre aussagen. Von diesem Standpunkt aus handelt es sich nicht urn eine Gesamtbeurteilung, sondern in erster Linie urn eine

Diffe-renzierung der Braudtharkeiten der einzelnen Bauweisen. Auf der anderen Seite w-urde versucht, durch eine Ab-stufung der Erprobung eine allgemeine Gilltigkeit der

Ergebnisse wenigstens teilweise zu erreichen. Es wurde.n deshalb 4 verschiedene Arten der Versuchsdurchfiihrung angewendet.

Versuch A

Verkehrsbeanspruchung durch dreimaliges Anfahren eines Schubbootes (erste Beanspruchungsstufe).

Das Schubboot Metz" mit einem beladenen Leichter

lege sich so dicht an die Boschung des Versuchsdeckwerks, wie es die Sicherheit fiir die Antriebs- und Steuerorgane

zulieg und fuhr dann mit augerster Kraft an, wobei der

Schraubenstrahl durch das gelegte Ruder fast sertkredat auf

die Boschung gelenkt wurde. Von den 2 Propellern mit

je 450 PS beanspruchte im wesendichen nur der landseitige die Boschung ernstlich. Das Anfahrmanover wurde jeweils dreimal ausgefiihrt.

Versuch B

Verkehrsbeanspruchung durch dreimaliges Anfahren eines Motorgiiterschiffes (zweite Beanspruchungsstufe).

Das MGS Concordia' mit den Abmessungen 85 X

9,5 m und mit Abladung auf 2,0 m Tiefgang, das

ent-spricht rd. 1400 t Gesamtgewicht, fiihrte die gleichen

Mario-ver wie beim Versuch A beschrieben durch. Das Schiff

Versuch C

Stationirer Verschleigversuch.

Das beim Versuch B beschriebene MGS machte fest und

lieg den Schraubenstrahl 5 Minuten mit voller Wucht auf die Boschung wirken.

Abb. 1: Probestrecke In der Haitung Hausen mit Betonverbundsteinen und mittelgroBen Betonplatten

41.416.

2 _

Abb. 2: Probestrecke im Unterhafen der Schieuse Erlangen mit

5 verschledenen Bauweisen

Versuch D

Havarieversuch.

Der beim Versuch A beschriebene Schubverband fuhr

mit einem Europa-Leichter II (76,5 x 11,2 m, Eigengewicht 300 t, Ladung 1420 t) auf die Asphaltboschung der gedichte-ten Stredte auf.

Die beanspruchten Deckwerke wurden durch Taucher ein-gehend untersucht. Dabei konnten die Flichen gri513tenteils nach einer Wartezeit bei klar gewordenem Wasser

besich-tigt werden; nur an den tiefsten Stellen war der Taucher auf em n Abtasten angewiesen. Da in _{alien FHllen eine} gewisse Subjektivitat der Beurtcilung nicht ausgeschlossen

Faculty WbMT

Dept. of Marine Technology

Mekelweg 2, 2628 CD Delft

The Netherlands

Erprobung von Deckwerken durch Schiffahrtsversuche

Von Prof. Dr.-Ing. Rudolf K u h n, Miindten

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Abb. 3: Dedcwerk aus einer Schattstelnlage mit offenem Spezialvergul3 3. Die Bauweise der Probedediwerke und ihr Verhalten

bei den Versuchen

Unter Deckwerk" wird

em n Bauwerk verstanden, das

die Aufgabe hat, das Kanalprofil abzugrenzen und einen

Druckausgleich zwischen dem Grundwasser und dem Kanal-wasser ohne Erosionsgefahr zu ermoglichen. Es besteht all-gemein aus einer Filterschicht und einer drariiberliegenden Deckschicht.

Beim Bau der Haltung Hausen wurden schon im Jahr 1967 zwei Probestredsen mit derartigen Deckwerken aus

Betonformsteinen eingerichtet (Abb. 1). Im Jahr 1970 folgten

im Unterhafen der Schleuse Erlangen 5 weitere

Probe-strecken (Abb. 2), weldie die ganze, 1: 3 geneigte Boschung des Ostlichen Liegeplatzes einnehmen.

Fiir all diese Dedswerke ist die Stiitzbauweise kennzeich-nend [2]. Die in sich druckfeste Konstruktion stiitzt sich nach unten auf ein kraftiges Widerlager am BOschungs-fu .ab, ist also hinsichtlich seiner Standfestigkeit nicht nur

auf die Reibung mit dem Untergrund angewiesen.

3.1

Schiittsteinlage mit offenem

Spezial-v ergu 13. (Abb. 3)

Die 60 cm .clicke Schiittsteinlage aus Wasserbauschrotten sollte d,urch einen vom Hersteller im einzelnen nicht

bekanntgegebenen SpezialverguE auf Bitumenbasis gegen den Angriff des Schraubenstrahls gesidiert sein. Doch schon vor dem Fiillen des Kana.ls entstanden in der VerguEmasse so starke Schwindrisse, clall von einem Zusammenhalt nicht mehr die Rede sein konnte (Abb. 4).

Unten:

Abb. 4: Zerstarung des Vergusses durch Schwindrisse

Rechts:

Abb. 6:Sddittstalalage mit offenem MastiaverguS 152.50 mElli SCRAM OSA. 155.50 1.00 MENU MAMA 11511103

50 5. SIFIIISEPOMA61 ADS WAISEMOADJEMROITEM

MAIIIENISMPE 15-ZOOS 0055 tifSFIIIERSCMIellf 015,055 7/705

Abb. 5:Dedcwerk aus einer Sddittstelnlage mit offenem MastlxvergUll

Die Folge dimes Versagens der Masse war erwartungs-gema eine vollstandige Zerstorung des Deckwerks schon

beim Versuch A. Die Schiittsteine wurden in einem Bereich von rd. 3 m2 vom Schraubenstrahl vollig weggeblasen, und auch die darunterliegende Kiesfilterschicht war noch ange-griffen.

Dieses Probedeckwerk wurde aufgrund des negativen Ergeb-nisses ausgeschieden und nidit mehr der stXrkeren

Bean-spruchung des Versuches B unterworfen.

3.2

Schiittsteinlage mit of fenem

Mastix-verguE (Abb. 5)

Die gleiche Ausfiihrung wie unser 3.1 erhielt einen MastixverguE, der in einfachster Weise von einem die Bo-schung befahrenden Schaufellader a.bgdkippt wurde. Dadurdi blieb ein graer Teil der Masse auf der Oberflache liegen (Abb. 6). Letzten Endes waren aber doch alle Steine fest

miteinander verbunden, und es verblieben noch ausreichend Ciffnungen gemEE der Forderung nach einem offenen

Deck-werk. Lediglich unmittelbar am FuE der Boschung fiillte die zu reichlich eingebaute Masse alle Hohlraume aus, so daE em n Streifen dichten Deckwerks entstand.

Das Deckwerk hat den Beanspruchungen beider Versudie

A und B ohne erkennbaren Schaden standgehalten.

A.3 Steingefiillte Drahtkorbe (Abb.7)

Auf einer Kiesfilterschicht liegen Drahtkorbe 2,00 X 3,00 X 0,23, geffillt mit K.alksteinschrotten von 100 bis 120 mm Kantenlinge. Die Korbe sind an ihren StoEfugen

fest miteinander verbunden (Abb. 8).

Das Deckwerk wies sdion nach dem Versuch A starke

Beschadigungen auf. In 6 vom Schraubenstrahl getroffenen KOrben verlagerten sidi die Steine weitgehend; die Fugen

zwischen den Korben offneten sich bis auf 20 cm und

mehr. Ein Korb vrurde aufgerissen; etwa die Halfte der Steine wurde herausgeschleudert.

Es vrurde kein weiterer Versuch unternommen.

'411*

1.10

bIrlISERONI Ca WIRE II RCHREREN

IIIM.R1AllfR ORR Mr, rums orntrarers

Abb. 7: Dedcwerk sus steingefullten DrahtkOrbene

Abb. 8: Stoefugen der Drahtithrbe

VIP 255.50

Abb 9: Dedcwerk aus Mastlxschotter auf Sandasphalte

Abb. 12: Oberflache der Betonverbundstelne mit H8dcem

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55 l01.50

0.00

ORIMITORRE ZOO .3,00 0.1 N.A.SC.O.V1r: 0 Ice. OR ft 1.1

Whit RALESIMSCRRO leR I00-110

ID,. AraffilreRSL11(11. II IOU 30/70..

URN RORRox4 30 /50 ow

ill. SANOISPNAU

3.4 Mastixschotter auf Sandasphalt (Abb.9)

Die Bauweise stammt aus Holland, wo sie sich auf Versuchsstrecken bis jetzt gut bewahrt hat. Auf einer Filter-schicht aus Sa.ndasphalt liegt eine MastixschotterFilter-schicht mit

der Ausfallkornung 30/50 (Abb. 10). Die Durchlassigkeit des Deckwerks erwies sidi in einem Versuch als sehr gut.

Das Deckwerk hat den Angriffen beider Versuche A und B ohne erkennbaren Schaden standgehalten.

Diese Bauweise hat neben ihrer technischen Qualitit auch

UR". preislidi eine giinstige Position und bietet auBerdem

erheb-lithe baubetriebliche Vorteile; denn es voird keine

Schwie-rigkeiten ,bereiten, brim Ubergang von einer gedichteten Strecke aus Asphaltbeton zu einer Strecke mit

durchlissi-gem Deckwerk aus Mastixschotter auf Sandasphalt dasselbe

Gerat, das den dichten Asphaltbeton hergestellt hat, auch

zum Einbau des Deckwerks heranzuziehen, d. h. mit ande-rer Beschickung einfach weiterlaufen zu lassen.

Nachdem also diese Ausfiihrung etwas in den Vorder-grund getreten war, wurde sic noch in einem dritten

Abb. 11: Dedcwerk aus 9etonverbundstelnen8

- atrIFI:Lowsk_irmak-_

=bait-Asirft*

111100"1-'

Versuch (C) einer Dauerbelastung

durdi den

kraftigen Schraubenstrahl des Motogiiterschiffes ausgesetzt, das zu diesem Zweck fest vertHut wurde. Audi dieser

Beanspru-chung hielt die BosBeanspru-chung ohne feststellbaren Schaden stand.

3.5 Beton-Verbundsteine (Abb.11)

Die Bauweise hat nicht nur im Wegebau, sondern auch im Wasserbau schon weitgehend Eingang gefunden. Mit Riicksicht auf die zur Geniige bekannte kraftige Wirkung

des Schiffsschraubenstrahls wurde die Dicke der Verbund-steine zu

18 cm gewihlt. In der Uferzone brechen

in Abstanden eingesetzte, 23 cm clicke Steine den Auflauf der

1451.55 000 1.00 ° 40a. HEIN 511011505 500.5rEINN510/6 00 20 1140 Whoa, 10' 0051.100.511 7.S AgeA"-g' )0°-Are' 75.00 Oben:

Abb. 13: Dedcwerk cue mittelgroBen Betonplattene

Rechts:

Abb. 14: °bed!ache der mittelgroBen Betonplatten mit Hockem

3.6 MittelgroEe Betonplatten (Abb. 13)

Die Gestehungskosten der kleinen Beton-Verbundsteine nach Absatz 3.5. sind wegen der lohnintensiven

Verlegear-eit

hoch. EM etwas graeres und

ein-facheres Format wird der Beanspruchung im Wasserbau, die geringer ist als im StraBenbau, noch gerecht werden. Aus diesem Gedanken entstand em n Deckwerk mit 15 cm dicken Betonplatten, 50 X 50 cm, die in den waagerechten

Fugen durch Nut und Feder miteinander verbunden sind.

1,67, allSorsPOII. P1017750 0851155.10 111101111N.441761 "00 0ff051141115 Nil 55705017065 SI. 160.50 Oben:

Abb. 15: Dedcwerk aus groBen Betonplattene Rechts:

Abb. 16: Oberflache der groBen Betonplatten mit klesgeffiliten

Entlastungs16thern

Im Uferbereich erhalten sic aus den obengenannten Griin-den pyramiGriin-denstumpfformige Hacker (Abb. 14).

Auch dieses Deckwerk hat den Angriffen beider Versuche A und B ohne erkennbaren Schaden standgehalten.

3.7 Grofie Betonplatten (Abb. 15)

Vom Hersteller der Betonplatten nach Absatz 3.6 wurde der Gedanke an Betonsteine grogen Formats aufgegriffen,

um an Verlegearbeit zu sparen und clurch ein grofleres

Gewicht die Standfestigkeit des Deckwerks zu erhohen.

Die 18 cm dicken Platten von 2,0 X 1,0 m haben durch-gehende, mit Kies ,gefiinte Aussparungen, 0 9 cm, zur Herstellung einer a-usreichenden Durchlassigkeit (Abb. 16).

Schon beim Versuch A wurden im Bereich des

Schrauben-strahls die Fugen zwischen 2 Platten so stark ausgespint,

daE die Platten absackten und sich verkanteten. Der Versuch wurde daraufhin abgebrochen.

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4. Zusammenfassende Beurteilung der Versuchsergebnisse Zunichst hat sich allgemein die schon bei den Bamberger Versuchen beobachtete Kraft des Schiffsschraubenstrahls wie-der von bestitigt. Es konnte in wie-der Praxis des

Schiffahrts-betriebs beobachtet werden, dafi diese hohe Belastung kei-neswegs einen u.ngewohnlichen Ausnahmefall darstellt, son-dern durchaus als Bemessungsgrundlage gewertet werden

kann [1].

Das Ergebnis des Versuchs an der Schiittsteinlage mit

SpezialverguE war nach den vorher beobachteten Rissen in der VerguEmasse zu erwarteti.

Dagegen ilberraschte das ungiinstige Verhalten der

Stein-korbe; sic haben sich im FluEbau unter dem Angriff von Hochwasserstromungen bewihrt, sind aber doch augen-scheinlich dem viel heftigeren Angriff eines

Schiffsschrau-benstrahls nicht ,gewadasen. Die beobachteten Schaden

konn-ten vielleicht durch eine Fiillung mit grageren Steinen vermieden werden. In diesem Fall wird aber eine

Befesti-gung durch den MastixverguE wirtschaftlicher als durch die Drahtkorbe.

Die Unterspiilung der groEen Betonsteine konnte durch die Verwendung von Kunststoffmatten als Filter anstelle des Kieses vermieden werden. Doch auch

hier ist dann bei dem hohen Preis der Matten die Wirt-schaftlichkeit der Bauweise stark gefahrdet.

Die ausgezeidmete Verkeilung der kleinen und mittleren Betonsteine hinterlaSt eine gewisse Unsicherheit, ob nicht

auch hier der Untergrund durch die Fugen teilweise aus-gespillt wurde, die Decke aber dwell ihren guten

Zusam-menhalt die ortliche UnterhOhlung noch iiberbriickt.

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dic, augefit -lohnineensive :YerIcgcarbeit-;Clieser BaUvieisen. noch .weirgeheirdc'S'ineehanisiert

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Steinschuvtlage

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Daueise tur'den Vergtig einer'Seits .alle. St-eine_ irfali land' -'andererSeitS:i;idlt: alle 'Hohlraurne lugeschiittet werden IX

grage I-I'iohliaurrigehalt des, 1-iauferi:erlts -erforderr.

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. bie SchafahrtsVersudie: in HauSen .boten noch die M''

llchKeit eirie'r,oft":gestellte: Frage; zU uritersuehen,namlidi

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'Asphalt-. -belag's :gegen den Stog auflaufender- Schiffe: In dazikeni-eiter Weise'erklazte sieh der Schubverband.`Metz!`, bereit; di eses 'fur den': Leichter nicht ganz risikolbse IVIanbyer. unteiriehmeri.AIS .Versuchsort wurde das 'Ende der-Stredte :iiiit-iAsphaltaiditung (Abb.. 17) in der. Haltung Hatiseri Der'-'serste,:yersuch lief als vorsidiriger, 'Tastversuch friit' cner "Schiffsgesch,Windigkeit von '0,3-0,4 rn/s hem

-Winkel der ,Yerbandsache zur Uferlihie:von etwa '1 : 6 .7 Der.,:' 'rd. 170.0 t -,schwere _Leichter lief auf und' rutschte

.1.a-ngsam ,Jeder, zweiten Gang lief. dcr Verband::

mit etwa 0 7 in 'find einem Winkel Von 1 : 3 S 'auf

lbste- sich, jedo,Ch wieder' von der Boschung. 1m

iipd starkisteh A nlauf::Sdiob sich der Leichter Jbei, ,2 rrqs und 1: 2,3, ,krafrig auf die Boschung;: :dag

e.-etwa 09 iii a"Is',.dern Wasser hob und .festsag

Das anschliegende. ManoVet dauerte viele Minuten,hi der \'erband wieder: flott war.

6. ZuSaiiimenfassung

-.

Die NaturVeisUdie rriit durchlassigen,..De'ckWerken

Abb. 17:AsphaltdIchtung In der .Haltung. Hausen dem Wasserbauer::eihen sehr 'aufschlUgrei'die-ii" Ei'ritilidt in

'das Verhilten: verahiedener Bauweisen. Hayarie-Yeisuch

'Abb.. 18: Feattefehrener, Lelehterhn ifritten: Virstiew

Bei der UntersudiUng der 3 verschiedeneri,: A uffahrhereiche konnteri the -"-T4udler 'nur an der Sielle" des 3 VersUchs sine Spur find-en in Form einer 12-15 m langen Sthranitne, 'etwa 4 cm. br-eit;,'Und. 1 2 cm def. Trb'e.i:Ticitgf.iltiger Urid mehrfacher Unters"iehiing war keg' Ri1 in dcr Dedce

findig zu m'achcp.- - --.

Dieses ,erfreUhchc_Ergebnis bestatigt die sdion ri

OSterrei.-chiichen VersUchen [3] - eirriittelte, l'holie';'Widerstandskraft und Zahigkeit':eincy bitUmengebundenen Dedse.-.

.4-raschenden, ,ErgebnisSe bestatigten den sfaiken: A'niriff des ,Schiffsschiaubenst!ahis aUi die Kanalverkleliiii.ii.Iffid -tinter-stridien clic N,Oltivendigkeit eiries zusarninenh4rigencien, fos busten :Dec:lwerki:, Die techriisch

sdla;filiCh-iglinst.igSte Li5siing 1St sine bittliniflose. Biuweise

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--3.Hefitih,.20..:Jhgl-.(1968), Heft, 8, S.'579=585:-

-421, Kuhit';71.R2.''Dictittidg'-drid Deiddlidik

Der 7aauingenieur 44 jhg:(1969),,.;Heft 9 S 322336'

131 Kochi:T.-E.:- RamrnVerauche an' -einem Aaj5haltilecicinrerk