Projekt 23170/01

Weiterentwicklung und Zertifizierung eines CityBarriereSystems für den innerstädtischen präventiven Hochwasser- und Katastrophenschutz

Projektdurchführung

Ingenieurbüro Holger Pötzsch
In den Rödern 36
64297 Darmstadt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das neuartige und erstmalig im Hochwasserschutz bzw. für den Objektschutz eingesetzte emissionsfreie Material (GFK) für die mobile Hochwasserstauwand als dreidimensionales Gebilde sollte in Ergänzung des Wasserstauwandsystems (Palettensystem) von HOP besondere Vorteile beim Verschluss von Gebäudelücken, Toreinfahrten, Tunneldurchgängen und auch Endlosdämmen bieten. Die Stauwandelemente sollten sehr leicht und schnell montierbar sein. Der Einsatz von mechanischen Auflasten (Sandsäcke) zur Abdichtung sollte aufgrund der Rückstellkräfte der eingesetzten Folien (z. B. auf Beton, Asphalt, Pflaster etc.) nicht mehr erforderlich werden. Die Systemmaße der Elemente ergaben bei 800 mm Stauhöhe eine Modulbreite von 2400 mm und bei einer Stauhöhe von 1500 mm eine Modulbreite von 3000 mm. Die Systembreite lag bei 760 mm und sollte bei einem Gewicht < 32 kg einschließlich der Abdichtung liegen. Die Entwicklung wurde durch zwei Patentanmeldungen geschützt (Pat. 10 2004 025 456.7 + 10 2004 054 976.1).


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie bei der Entwicklung angewandte Methodik stützte sich auf eine elementbegrenzende und selbsttragende Statik, ein hochfestes und sehr leichtes Material und ließ dadurch eine große Anwendungsbreite und Elementgröße zu. Die konstruktive Grundidee sollte mit zwei über einen gemeinsamen Drehpunkt verbundenen Stauwandelementen über einen veränderbaren Winkel von 35 - 90° zueinander eine weit gefächerte stufenlose Ausfüllung von Gebäudelücken und Trassenrichtungsänderungen ermöglichen. Die an den Trassenbegrenzungen (z. B. Gebäude) befestigten Scharnierleisten sollten die Montage auch bei einer größeren Anzahl von Elementen zur Minutensache machen. Bei der Präsentation und Anwendung des Palettensystems von HOP stellte sich heraus, dass bei Baulücken, Tunneldurchgängen, Toreinfahrten auf relativ kurzen Baulängen mit dem vorgegebenen Baumaß der Europalette ein höherer Aufwand für den Verschluss erforderlich war. Für Aluminiumverbauungen waren die zu überbrückenden Gebäudedistanzen nur mit Abstützungen und sonstigen hohem Aufwand zu realisieren. Durch den Vorteil des HOP CB-Systems, die auftretenden hydrostatischen und hydrodynamischen Belastungen im System selbst kompensieren zu können, sollte es möglich werden, Abstände bis 6,0 m ohne zusätzliche Systemstütze und Abdichtung überbrücken zu können.


Ergebnisse und Diskussion

Die Versuche mit verstärktem oberen Abschlussrand ergaben unter Berücksichtigung der neuen Vorgaben und Formgestaltung ein erheblich höheres Elementgewicht. Eine Gegenrechnung zur konventionellen Materialanwendung machte die Anstrengungen und erbrachten Leistungen jedoch vor betriebswirtschaftlichem Hintergrund uninteressant.
Die Versuche wurden im Juni 2007 abgebrochen, nachdem eindeutig klar wurde, dass die materialwirt-schaftlichen Relationen zu konventionellen Werkstoffen im Hochwasserschutz zur Herstellung von Massenprodukten aus GFK nicht erreicht werden können.
Grundsätzlich sollte jedoch GFK als Gestaltungselement auch im Hochwasserschutz nicht entfallen. Für Anschlussteile an entsprechenden Schutzelementen/ Bauelementen und strömungstechnischen Verkleidungen ist dieses Material durch seine Gestaltungsfähigkeit und zur Abtragung von Krafteinleitungen verbunden mit der Möglichkeit der besonderen Gewebeanordnungen in Lage und Richtung zu den zu erwartenden Kräften ein idealer Werkstoff. Der Nachteil ist, dass thermische Belastungen hier eine größere Rolle spielen und Temperaturen von 60° C bis ca. 200° C bei Verwendung von Spezialharzen die Anwendung begrenzen.

Um die Ausgangsidee Herstellung von Hochwasserschutzelementen zur Ausfüllung von Baulücken, Toreinfahrten, Tunneldurchgängen weiter zu entwickeln, welche Geometrien des CityBarriereSystems bestens zu gestalten wären, sollte man Überlegungen anstellen, diese Formgebung mit einer Aluminiumtiefziehform zu realisieren. Gerade dieser Bereich des Hochwasserschutzes der Baulückenausfüllung ist insgesamt noch schwach besetzt. Deshalb sollte diese Stauwandanpassungsmöglichkeit für diese Bereiche unter anderen Voraussetzungen noch einmal aufgegriffen werden.
Hier ist besonders der direkte Gebäudeanschluss bei fast allen Systemen nahezu ungelöst. In den meisten Fällen verlässt man sich da auf Sandsackabdichtungen, welche mehr oder weniger gut gelingen. Bei dem CityBarriereSystem wären entsprechende Dübel in den Anschlussbereichen vorzusehen gewesen, welche dann auch passgenau die Abdichtung zusammen mit dem System in allen Wiederholungsfällen gewährleistet hätten.
Zur Gesamtumsetzung des Entwicklungsprojektes wäre zu bemerken, dass für intelligente und präventive Lösungen eben mehr erforderlich ist, als das z. T. unkoordinierte Stapeln von Sandsäcken.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ausstellung von Musterelementen auf der Aqua alta 2005. Es meldeten sich danach 14 Interessenten, welche alle das Gebäudeanschlussproblem in Verbindung mit der Absicherung von Baulücken hatten.
Veröffentlichung im Journal Hochwasserschutz des Ernst Verlages in Berlin (1,5 DIN A4 Seiten) sowie in Offerten der Max Aicher Bischofswerda GmbH in diesem Fachjournal:


Fazit

Glasfaserverstärkte Kunststoffe weisen hervorragende Leichtbaueigenschaften auf. Sie ließen diese Werkstoffe für die angestrebte Lösung im Hochwasserschutz als sehr geeignet erscheinen. Vorgenommene Festigkeits- und Deformationsanalysen mit mittels FEM bestätigten zunächst die Ausführbarkeit.
Die wesentliche Verschärfung der Anforderungen (BWK - Gelbdruck Dez. 2005), insbesondere im Bereich der Eisgang- und der Anpralllasten zwangen zu gravierenden Erhöhungen der Materialdicke, um eine bautechnische Zulassung erwirken zu können. Das wirkte sich auf die Material- und Fertigungskosten so ungünstig aus, dass eine Fertigung insbesondere in Relation zu stranggepressten Aluminiumprofilen nicht mehr möglich war. Nachberechnungen ergaben, dass auch diese AL-Dammbalken (siehe Anlage Festigkeitsberechnung) die heutigen Anforderungen nur unter Vorbehalt erfüllen können. Da hier Altzulassungen vorliegen, bleibt der durch Unterdimensionierung erzielte Vorteil bei Verwendung dieser Hohlprofile wohl weiterhin zumindest mittelfristig bestehen