Kolkexperimente an Brückenpfeilern unter Sedimenttransportbedingungen mit Polystyrolgranulat

Brückenzerstörungen durch Auskolkungen erfolgen bei hohen Strömungsintensitäten, die im Wasserbaulabor nur schwierig nachzubilden sind. In einer hydraulischen Versuchsrinne mit Sedimentrückführung wurden physikalische Modellversuche zur Kolkbildung an Brückenpfeilern
unter Klarwasserbedingungen, bei Geschiebetransport und Suspensionstransport durchgeführt.
Als Sediment wurde das Kunststoffgranulat Polystyrol verwendet. Die Fließgeschwindigkeiten betrugen das 0,8- bis 8,5-fache der kritischen Geschwindigkeit des Sohlenmaterials. Die maximale Kolktiefe wurde kontinuierlich mit einer endoskopischen Kamera aus dem Inneren eines kreisrunden Plexiglaszylinders gemessen.

Der Schwerpunkt der experimentellen Untersuchungen lag insbesondere darauf, die Kolkprozesse bei Sedimenttransport zu beobachten. Die Ergebnisse zeigten, dass die maximale Kolktiefe unter Klarwasserbedingungen einem Gleichgewichtszustand zustrebte, während bei Sedimenttransport die maximale Kolktiefe um einen Maximalwert
schwankte. Dabei wurden die gemessenen Kolktiefen bei Geschiebetransport von durchwandernden Dünen beeinflusst und bei Suspensionstransport durch eine zunehmende flächenhafte Erosion überlagert. Die gemessenen Kolktiefen bei Sedimenttransport zeigten, dass die maximale Kolktiefe mit steigender Strömungsintensität v/vkrit kontinuierlich zunahm.

Die Mehrzahl der Brückeneinstürze weltweit tritt bei Hochwasserereignissen unter Sedimentransportbedingungen auf, die durch hohe Strömungsintensitäten v/vkrit verursacht werden, wobei v die mittlere Fließgeschwindigkeit vor dem Brückenpfeiler beschreibt und vkrit die kritische Geschwindigkeit für den Bewegungsbeginn des Sedimentes. Selbst in Flachlandflüssen können unter extremen Hochwasserbedingungen Fließgeschwindigkeiten von 5 bis 6 m/s erreicht werden. Bei einem
Sohlensediment aus Sand mit vkrit bei etwa 0,25 bis 0,4 m/s können somit Strömungsintensitäten in Größenordnungen von v/vkrit = 20 erreicht werden. Bild 1 zeigt Fotos von eingestürzten Brücken während des El-Niño-Hochwasserereignisses 1998 am Piura-Fluss in Peru bei Fließgeschwindigkeiten von 5 bis 6 m/s mit ausgeprägtem Suspensionstransport und lokalen Auskolkungen am Brückenbauwerk, die zusätzlich durch Flächenerosion überlagert wurden.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 05 (Mai 2021)
Seiten: 7
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: M. Eng. Franciska Müller
Prof. Dr.-Ing. Bernd Ettmer
Prof. Dr. - Ing. Oscar Link

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