Projekt 23018/01

Erste Phase der Entwicklung und Zertifizierung eines mobilen Wasserquader-Systems zum Dammbau für den Hochwasser- und Katastrophenschutz

Projektdurchführung

Ute Sembritzky Seil- und Hebetechnik Greifswald
Stralsunder Str. 15 -16
17489 Greifswald

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Gesamtprojektes ist es aus Kunststoffdichtungsbahnen ein wassergefülltes Kunststoffschlauchsystem für den abwehrenden und vorbeugenden Hochwasserschutz zu entwickeln, das anders als bekannte Schlauchsysteme im Querschnitt betrachtet aus einzelnen Wasserquadern (WQ) besteht. Das System soll sicher sowie Personal, Material, Transport und Zeit sparend aufgebaut und eingesetzt werden können. Dies soll durch die Ausbildung von lang gestreckten, jedoch im Querschnitt rechteckigen und damit lagestabilen Bauteilen erreicht werden. Durch die Formstabilität soll die Konstruktion über die Haftreibung auf dem Untergrund seitlichen Belastungen ohne weitere Verankerung widerstehen. Im Ge-samtergebnis soll mit aktiver Unterstützung und Beteiligung der Ortsgruppe Greifswald des Technischen Hilfswerkes die Zertifizierung des Systems durch den TÜV Nord nach dem Regelwerk für Mobile Hochwasserschutzsysteme (BWK) erlangt werden. Darüber hinaus sollten weitere Einsatzmöglichkeiten der Konstruktion im Umweltschutz, als Lagereinheit oder als temporäres Bauelement überprüft werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie erste Phase des Projektes beinhaltete folgende Arbeitsschritte:
- Einarbeitungsphase: Einstellung der Mitarbeiter, Einrichtung der Arbeitsplätze, Beschaffung von Arbeitsmaterialien;
- Entwicklungsphase: Konzipierung des Entwicklungsprogramms und des Testprogramms, Festlegung der erforderlichen geometrischen Parameter und Festigkeiten, Herstellung von kleineren Einheiten und Laborversuche zur Schub- und Abschälfestigkeit der Schweiß- bzw. Klebeverbindungen, Festigkeits- und Stabilitätsprüfung von WQ-Elementen unterschiedlicher konstruktiver Ausführung, Einbau der Wabenböden, Erprobung von Elementen der Befüllanlage, Erprobung der Reibmatten sowie Erprobung des ersten Prototyps WQ zur Ermittlung des grundsätzlichen Verhaltens bei simulierter seitlicher Belastung und zur Erprobung des Befüll- und Entleerungssystems;
- Testphase: Erprobung des Funktionsmusters, Komplexer Nachweis der Funktion und der Erreich-barkeit der geforderten Parameter unter Realbedingungen, Ermittlung der Fertigungstechnologie;
- Zusammenfassung der Ergebnisse, Erstellung des Zwischenberichts


Ergebnisse und Diskussion

Die Optimierung der Konstruktion, die leicht, einfach herzustellen und zu handhaben sein sollte, erfolgte nach dem Prinzip Bau und Erprobung/Versuch bis zum Versagen des Musters. In Vorversuchen wurden zunächst Fügeverfahren und Halbzeuge getestet, dann unterschiedliche Versuchsmuster mit maximaler Abmessung. Die Versuchsmuster waren sehr einfach in der Konstruktion und Technologie sowie festigkeitsmäßig unterdimensioniert. Diese wurden bis zum Versagen erprobt, Schwachstellen wurden entweder repariert oder neue Versuchsmuster wurden angefertigt und wieder getestet. Dadurch wurde vermieden, dass ein zu kompliziertes und zu schweres Funktionsmuster erprobt wurde, das dann nachträglich wiederum hätte abgeändert werden müssen.
Nach dem Bau und der Erprobung von sechs Versuchsmodellen wurden die optimale Konstruktion und die Technologien für das Funktionsmodell ermittelt.
Die Festigkeitsversuche erfolgten auch mit dem Material eines vor fünf Jahren erprobten Versuchsmus-ters, ohne dass ein nachweisbarer Festigkeitsabfall festgestellt wurde.
Das Funktionsmodell hat folgende Abmessungen: Nennhöhe 2,2 m, Nenntiefe 3,3 m, Nennlänge 4,0 m bei etwa 27 m3 Inhalt. Für die Erprobung wurde eine U-förmige Umrandung mit einer Höhe von 1,8 m aus Betonplatten aufgebaut und zur Abdichtung mit Teichfolie ausgelegt. Das mit Wasser befüllte Funktionsmodell bildete den Verschluss der Umrandung. Der Raum bis zur Rückwand der Umrandung bildete ein Becken für das Flutwasser.
Dieses Becken wurde bis zum Überfluten des Wasserquaders mit Wasser gefüllt. Während dieses Vorganges wurde keine Verschiebung, Verformung oder Undichtheit zwischen Boden oder Stirnseite des Wasserquaders festgestellt. Der Aufbau und der Abbau des 86 kg schweren Wasserquaders einschließ-lich Packen auf eine standardisierte Europalette erfolgte durch zwei Mann.
Auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse und unter Berücksichtigung des günstigen Versuchsaufbaues sind Wasserquader für Stauhöhen von mindestens 1,2 m realistisch, deren Länge nur durch die Handhabbarkeit ohne Technik begrenzt ist.
Wasserquader können über die Befüllarmaturen miteinander verbunden werden, so dass ein 50m langer Dammabschnitt mit einer Feuerwehrpumpe mit 1.300 l/min von einem Standort aus in 4 h befüllt werden kann.

Der TÜV NORD SysTec GmbH & Co. KG, Greifswald, nahm im Rahmen des Zertifizierungsverfahrens an der Erprobung des Funktionsmodells teil. Im Bericht des TÜV NORD sind die erreichten Parameter dokumentiert. Es wird die prinzipielle Eignung der Konstruktion für den mobilen Hochwasserschutz bestätigt. Vom Kooperationspartner, der Universität Rostock, Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät, Institut für Umweltingenieurwesen im Fachgebiet Küstenwasserbau, wurde für das Projekt ein Pflichtenheft mit dem Titel Anforderungen an das Wasserquadersystem zum Einsatz im mobilen Hochwasserschutz erarbeitet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Gesamtsystem befindet sich in einem frühen Entwicklungsstadium, so dass noch keine intensive Öffentlichkeitsarbeit zum Projekt stattgefunden hat. Die Universität Rostock hat die Projektergebnisse in einem Beitrag in englischer Sprache in den Proceedings Third Chinese-German Joint Symposium on Coastal and Ocean Engineering, National Cheng Kung University, Tainan, im November 2006 veröffentlicht.


Fazit

Für die angestrebte Zertifizierung des Systems und eine spätere Serienreife wären unter Berücksichtigung der Hinweise des TÜV NORD in der zweiten Projektphase folgende Arbeiten erforderlich:
- Variierung der Abmessungen der Wasserquader entsprechend den Einsatzbedingungen, wie Bemessungsstauhöhe und für die Handhabung zumutbare Masse;
- Abmessungen der Wasserquader und Festigkeiten des Gewebes gegenüber Innendruck und mechanischen Beschädigungen bestimmen;
- Konstruktive Änderungen am Befüll- und Entleerungssystem sowie zur besseren Handhabung;
- Qualitätssicherung, wofür eine entsprechende Werkstatt neu einzurichten und auszurüsten ist;
- Erproben der WQ unter realen Bedingungen einschließlich Einschwimmen;
- Studie zur erweiterten Anwendung von modifizierten Wasserquadern als Behälter, Ölsperre, Auftriebskörper Tunnelverschluss u. ä.