Offenporige, gebundene Deckwerke - Einfluss der Porosität auf Seegangsbelastung und hydraulische Wirksamkeit
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Insgesamt haben die Ergebnisse des Forschungsprojektes zum ersten Mal die relative Bedeutung von Deckwerksporosität und Böschungsneigung gezeigt und zu einem verbesserten Verständnis ihres Einflusses auf die bei der Interaktion von unregelmäßigem Seegang mit dem offenporigen gebundenen Deckwerk und seinem Unterbau beteiligten Prozesse geführt. Im Einzelnen können die wichtigsten Erkenntnisse der physikalischen Modellversuche wie folgt dargestellt werden: (i) Es wurde zum ersten Mal gezeigt, dass eine steigende Porosität zu einem größeren Einfluss der einlaufenden Wellenhöhe auf den Reflexionskoeffizienten führt. Eine hochporöse Struktur verhält sich mit ansteigender Wellenhöhe zunehmend wie ein glattes, undurchlässiges Deckwerk und die reduzierende Wirkung auf die Wellenreflexion nimmt ab. (ii) Der Einfluss der Deckwerksporosität auf den relativen Brandungsstau ηs/Lo ist weniger ausgeprägt als der Einfluss der Böschungsneigung. (iii) Eine größere Porosität führt zu kleineren relativen Wellenauf- und -ablaufhöhen mit einem ausgeprägteren Effekt auf den Wellenauflauf. (iv) Die Dämpfungseigenschaft des porösen Deckwerks Dp auf die welleninduzierten Drücke wird stärker von der Porosität der Struktur beeinflusst als von der Böschungsneigung. Dp steigt bei sinkender Porosität für die gesamte Bandbreite der untersuchten Brecherkennzahlen ξm-1,0. (v) Die räumliche Verteilung des mittleren Wasserspiegels im Sand, die einen entscheidenden Einfluss auf die Bauwerksstabilität hat, wurde erstmalig systematisch für unregelmäßigen Seegang untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass der Brandungsstau ηint nahe der Uferlinie bei flacherer Böschungsneigung (1:6) weniger von Auf- und Ablaufprozessen auf dem Deckwerk beeinflusst wird als bei steilerer Böschung (1:3). Für alle untersuchten Prozesse wurden empirische Formeln entwickelt. Da in den Hauptversuchen nur zwei Porositäten und zwei Böschungsneigungen untersucht wurden, ist streng genommen die Gültigkeit der gewonnenen empirischen Formeln auf die gewählten oder vergleichbare Testbedingungen beschränkt. Es wurde weiterhin ein numerisches Modell entwickelt zur Simulation der hydrogeotechnischen Prozesse auf und unterhalb offenporiger, gebundener Deckwerke. Das validierte Modell wurde für eine systematische Parameterstudie mit regelmäßiger Wellenbelastung verwendet, in der die bereits vorhandene Datenbasis durch weitere Versuchsbedingungen (z.B. Wellenhöhe und -periode) und Deckwerkseigenschaften (z.B. Böschungsneigung und Dicke der Filterschicht) erweitert wurde. Dabei können die Ergebnisse der numerischen Parameterstudie wie folgt zusammengefasst werden: (i) Das hochporöse Deckwerk zeigte deutlich geringere Reflexionskoeffizienten. Dabei wurde nur ein kleiner Effekt der Schichtdicke festgestellt. (ii) Der Brandungsstau wird maßgeblich von der Länge der einlaufenden Welle und der Böschungsneigung beeinflusst. Die Deckwerksdicke spielt keine Rolle. (iii) Der Bezug der relativen Wellenauf- und -ablaufhöhen auf den mittleren externen Wasserspiegel führt zu einer fast symmetrische Oszillation von Wellenauf- und -ablauf um den EMWL. Eine Steigerung der Deckwerksdicke führte zu einer Reduzierung der Wellenauflauf und -ablaufwerte und zu einer Reduzierung der Schichtdicke des auf- und ablaufenden Schwalls. (iv) Die Größe des Druckes bei Druckschlagbelastung hängt von der Schichtdicke des ablaufenden Wassers auf dem Deckwerk ab. Die quasi-statische Druckkomponente wurde nur unwesentlich von der Deckwerksdicke beeinflusst.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012): Bonded porous revetments - Effect of porosity on wave-induced loads and hydraulic performance. Proceedings of the International Conference on Coastal Engineering (ICCE 2012), No. 33, Santander, Spain, 15 pp.
Liebisch, S.; Alcerreca Huerta, J.C.; Kortenhaus, A.; Oumeraci, H.
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(2013): Physical and numerical modelling of porous bonded revetments. Proceedings of the 9. FZK-Kolloquium "Modellierung im Seebau und Küsteningenieurwesen", Hannover, Germany, pp. 135-146
Alcerreca Huerta, J.C.; Foyer, G.; Liebisch, S.; Oumeraci, H.
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(2014): CFD-CSD numerical modelling of wave-induced pressures in open-pored PBA-revetments. Proceedings of the International Conference on Coastal Engineering (ICCE 2014), No.34, Seoul, Korea, 10 pp.
Alcerreca Huerta, J.C.; Oumeraci, H.
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(2014): Effect of porosity and slope steepness on wave-induced loads on and beneath bonded porous revetments. Proceedings of the International Conference on Coastal Engineering (ICCE 2014), No.34, Seoul, Korea, 14 pp.
Liebisch, S.; Kortenhaus, A.; Oumeraci, H.
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(2014): Physikalische und numerische Untersuchungen offenporiger, gebundener Deckwerke. HTG-Kongress 2014, Berlin, Germany, S. 170-179
Liebisch, S.; Alcerreca Huerta, J.C.; Foyer, G.; Oumeraci, H.
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(2014): Process-based modelling of waves interacting with porous bonded revetments and their sand foundation. Ph.D. thesis, Dissertation, Civil Engineering Faculty, Leichtweiss-Institute for Hydraulic Engineering and Water Resources, Technische Universität Braunschweig,Germany, 180 S.
Alcerreca-Huerta, J.C.
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(2015): Bonded Porous Revetments - Effect of porosity on wave-induced loads and hydraulic performance -An Experimental Study. Ph.D. thesis, Dissertation, Civil Engineering Faculty, Leichtweiss-Institute for Hydraulic Engineering and Water Resources, Technische Universität Braunschweig, Germany. 220 pp.
Liebisch, S.
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Wave-induced pressures in porous bonded revetments. Part I: Pressures on the revetment. Coastal Engineering, Elsevier, Volume 110, April 2016, Pages 87-101
Alcerreca-Huerta, J.C.; Oumeraci, H.
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Wave-induced pressures in porous bonded revetments. Part II: Pore pressure just beneath the revetment and in the embankment subsoil. „Coastal Engineering“, Elsevier, Volume 110, April 2016, Pages 76-86
Alcerreca-Huerta, J.C.; Oumeraci, H.
