Messung der Kolkentwicklung an Brückenpfeilern in sandigem Boden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine Vielzahl von Brückeneinstürzen ist auf die Bildung tiefer Kolke zurückzuführen, daher sind Kolke an Brückenpfeilern grundsätzlich bei Entwurf und Bau einer Brücke zu berücksichtigen. Zur Abschätzung der maximalen Endkolktiefe sowie der zeitlichen Entwicklung der maximalen Kolktiefe an der vorderen Pfeilerseite sind einige experimentelle Untersuchungen bekannt, welche die Zusammenhänge zwischen den hydraulischen Parametern und der maximalen Kolktiefe zum Gegenstand haben. Die bekannten empirischen Formeln zur Abschätzung der maximalen Kolktiefe an einem einzelnen kreiszylindrischen Pfeiler streuen in ihren Ergebnissen ganz erheblich, da sie nur auf der Grundlage begrenzter Datensätze entwickelt wurden. Mit den modernen präzisen und kontaktlosen Messgeräten konnte gezeigt werden, dass eine genauere Vermessung des Kolkprozesses im laufenden Versuch, bis hinunter zu einzelnen Körnern, möglich ist. Die zeitliche Entwicklung des Kolkes konnte durch die kontinuierliche Erfassungen von Messwerten verfolgt werden. Die gemessenen maximalen Kolktiefen an der Vorderseite korrelieren gut mit den um den Pfeiler verteilten Messungen von Kolktiefe und -radius, was Berechnungen des gesamten Kolkvolumens bei bekannten Kolktiefen an der Vorderseite ermöglicht. Der Einsatz des morphodynamisch-numerischen Modells SMOR3D führte auf eine hervorragende Übereinstimmungen mit den Messdaten (Link 2006). Wesentliche Ergebnisse und erzielte Fortschritte gegenüber dem Stand des Wissens Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein leistungsfähiger Messaufbau entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Durch den Einsatz der verwendeten Messtechnik konnte der zeitliche und räumliche Verlauf der Kolkentwicklung aufgezeichnet werden. Dabei wurden ausführliche Daten zur Kolkentstehung und zur Ausbreitung der Auskolkung um den Pfeiler gewonnen. Aus den Messdaten zur Kolkgeometrie wurden die Hangneigungen auf den Kolkböschungen bestimmt. Es wurden 3 unterschiedliche Neigungen festgestellt, welche Rückschlüsse auf die Ausbildungen von Wirbelstrukturen innerhalb der Kolkung zulassen. Aus den Experimenten ließen sich Korrelationen von maximaler Kolktiefe am Pfeilerfuß (Vorderseite) und den Kolkradien und –tiefen um den Pfeiler herum ermitteln. Bei bekannter maximaler Kolktiefe ist somit eine Übertragung auf die räumliche Struktur der Kolkung möglich. Die Kolkformel von Zanke 1982 konnte durch die ermittelten Versuchsergebnisse durch Berücksichtigung der Fließtiefen erweitert werden und liefert damit für erste Überschlagsrechnungen noch bessere Ergebnisse für die Beschreibung der zeitlichen Kolkentwicklung. Aufgrund der hoch aufgelösten Messungen, sowohl räumlich als auch zeitlich, liefert diese experimentelle Untersuchung eine wichtige Grundlage für Validierungen von morphodynamisch-numerischen Modellen. Die von Link 2006 aufgezeigten Modellierungsergebnisse mit dem Modell SMOR3D zeigten bereits eine sehr gute Überseinstimmung zwischen Simulation und Messung. Ziel weiterer Untersuchungen muss es sein, durch eine Variation der Eingangsparameter die Auswirkungen auf die Kolkentwicklung zu ermitteln. Aufbauend auf den hier erzielten Versuchsergebnissen muss geklärt werden, ob die gemessenen Zusammenhänge auch für Sedimente mit anderen Eigenschaften gültig bleiben und welche Zusammenhänge für eine Variation der Pfeilergeometrien entstehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Beiträge zu Laborversuchen an einem zylindrischen Brückenpfeiler und zum Sedimenttransport auf quergeneigter Sohle, Binnenschifffahrt; 5, S. 44-48, 2005, Hamburg: Schifffahrts-Verlag "Hansa", C. Schoedter & Co. GmbH & Co. KG
Link, O., Wiesemann, J.-U.
- "Automatic Non-Intrusive Measurement of Scour Hole Geometry", Proceedings Third International Conference on Scour and Erosion. CURNET, Gouda, The Netherlands, 2006
Link, O, Pfleger, F., Zanke, U.
- "Messung und Modellierung der Kolkung an Brückenpfeiler", Darmstädter Wasserbauliches Kolloquium 2005 / DWA Seminar "Feststofftransportmodelle", Mitteilung des Institutes für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Universität Darmstadt, Heft 139, Seiten 51-62, ISSN-Nr. 1430-3434, ISBN: 3-936146-18-7, 2006
Link, O.:
- "Time Scale of Scour around a Cylindrical Pier in Sand and Gravel", Third Chinese- German Joint Symposium on Coastal and Ocean Engineering, National Cheng Kung University, Tainan, November 8-16, 2006
Link, O.
- "Time variation of three-dimensional scour geometry", Proceedings IAHR International Conference on Fluvial Hydraulics - Riverflow 2006; Paper B 3023, 2006, Lisbon, Portugal, 2006
Link, O., Zanke, U.
- "Untersuchung der Kolkung an einem schlanken zylindrischen Pfeiler in sandigem Boden", Kurzfassung der Dissertation, Wasser und Abwasser, 147, Nr. 6, Oldenbourg Industrieverlag München, 2006
Link, O.
- "Untersuchung der Kolkung an einem schlanken zylindrischen Pfeiler in sandigem Boden", Mitteilung des Institutes für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Universität Darmstadt, Heft 136, ISSN-Nr. 1430-3434, ISBN: 3-936146-15-2, 2006.
Link, O.
- "Medición de la socavación local alrededor de un cilindro hincado en un lecho de arena gruesa" XVII Congreso Chileno de Ingeniería Hidráulica. Santiago, Chile, 2007
Link, O., Zanke, U.
- "Characteristics of developing scour-holes at a sand-embedded cylinder" International Journal of Sediment Research, 23. pp. 268-276, 2008.
Link, O., Pfleger, F. & Zanke, U.:
- "Measurement of Developing Scour Holes in Gravel", Proceedings of the Chinese-German Joint Symposium on Hydraulic and Ocean Engineering, August 24-30, Darmstadt, 2008.
Diab, R., Link, O., Zanke, U.
- "Medición del desarrollo espacio-temporal de la socavación local alrededor de un cilindro hincado en un lecho de arena gruesa" Ingeniería Hidráulica en México. vol. XXIII, núm. 2, pp. 59-74, 2008.
Link, O.
