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

Abstract

Zusammenfassung 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.