Im Tiefbaubereich werden Ramm- und Verdichtungs- (Ruettel-) Arbeiten durchgefuehrt, deren Schwingungsbelastungen sich im Untergrund fortpflanzen und Auswirkungen auf Bauwerke haben. erschuetterungserzeugende Geraete sind vor allem Bodenverdichter sowie Rammen oder Meissel zum Einbringen von Bauteilen oder z.B. zum Brechen von Fahrbahndecken. Fuer erschuetterungsempfindliche Bauwerke wie z.B. fuer erdverlegte Versorgungsleitungen, Gebaeude oder auch Gebaeudeeinrichtungen (z.B. Rechenzentrum) muessen entweder die Emissionen reduziert oder es muss ein ausreichender Immissionsschutz hergestellt werden. Einen gleichen Stellenwert wie der bauliche Erschuetterungsschutz haben Erschuetterungseinwirkungen auf Menschen in Gebaeuden. Die Erschuetterungsausbreitung im Untergrund ist in hohem Masse von den Untergrundverhaeltnissen, den eingesetzten Geraetschaften sowie von der Gelaendegeometrie abhaengig. Speziell fuer erdverlegte Versorgungsleitungen ist der Einfluss der Bettung von Bedeutung. Das Randwertproblem ist in der Fachliteratur bislang nur unter Beruecksichtigung idealisierter Annahmen behandelt. Als Einwirkungen auf den Untergrund wird ein breites Spektrum der Frequenzen sowie wirkenden Energien betrachtet. Die Stoffgesetze fuer die anstehenden Boeden enthalten sowohl die Parameter Saettigungsgrad als auch die hysteretische Daempfung. In Parameterstudien ist ausser einer Variation des Abstandes zwischen Erregerquelle und dem zu beurteilenden Punkt auch eine Variation geometrischer Groessen des Bauwerkes vorgesehen. Zentraler Punkt sind Untersuchungen zum Einfluss der Einbettungs- und Ueberschuettungsbedingungen. Im Hinblick auf Sackungen unterhalb der Rohrleitung sind vor allem auch die Auswirkungen einer Ueberhoehung der Schwingungsamplitude zu untersuchen. Als numerisches Verfahren ist die FEM herangezogen. Die Abbildung des Halbraumes erfolgt mit Hilfe infiniter Elemente. Zur Ueberpruefung der Guete der numerischen Ergebnisse sind fuer einfache, genau definierte Faelle Feldmessungen vorgesehen.
Aufbauend auf Vorarbeiten des Autors und der Gastinstitution sollen Modelle zur Vorhersage von Offshore Rammschall beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen und anderen impulshaltigen Unterwasserschallsignalen in beliebigen Umgebungen ermöglicht werden. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung eines Ausbreitungsmodells für komplexe Umgebungen, welches die gleichzeitige Berücksichtigung von starken Bathymetrieänderungen (sowohl in zwei wie auch in drei Dimensionen) und Böden mit hohen Scheer Geschwindigkeiten ermöglicht. Hauptanwendungsgebiet soll zunächst die Akustik von Offshore Pfahlrammungen sein, bei der vor allem die Entwicklung von geeigneten Modellen zur Verwendung von Schallschutzsystemen im Vordergrund steht. Aufgrund der in weiten Teilen nur sehr ungefähr bekannten Eingangsparameter für die entsprechenden Modelle, vor allem in Bezug auf die Bodenparameter, soll außerdem die Abschätzung der Vorhersagegenauigkeit unter Berücksichtigung weiterer Parameter vertieft werden. Für alle Teilpakete existieren bereits Messdaten, die für eine entsprechende Validierung genutzt werden sollen.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die NO DIG 2004, unterstützt von der UNEP, befasste sich mit neuesten wissenschaftlichen und zum Teil bereits in der Praxis erprobten Erkenntnissen auf dem Gebiet der Trenchless Technology, einer innovativen Technik für das grabenlose, ohne Grundwasserabsenkung durchzuführende umweltschonende unterirdische Bauen und Instandhalten von Ver- und Entsorgungsleitungen. An der Leitkonferenz für diese Technik waren über 25 Länder mit Teilnehmern aus Wissenschaft, Wirtschaft, Politik, Schulen und Hochschulen vertreten. In 10 Plenarsitzungen, 18 Workshops, 4 Posterpräsentationen, Live-Demonstrationen, einer Ausstellung von ca. 1.500 m Netto-Ausstellungsfläche und einem Tag der Jugend zum Thema 'Faszination Technik' gaben international anerkannte Experten Antworten auf Qualitätsfragen des Marktes und der technischen Machbarkeit. Insbesondere für ausländische Teilnehmer aus den EU-Beitrittsstaaten, aber auch für Nachwuchswissenschaftler, Doktoranden und Studenten war die Teilnahme nur schwer oder gar nicht finanzierbar. Für diesen 'wirtschaftlich schwachen Personenkreis' erfolgte eine Unterstützung durch die DBU und die GSTT. Des Weiteren wurde der 'Tag der Jugend' zum Thema: 'Faszination Technik' im Rahmen der Internationalen NO DIG Conference unterstützt. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: 1. Einladung: Der für die Teilnahmegebühr ausgewählte zu fördernde Personenkreis kam aus den Ländern Ägypten, Australien, Belgien, China, Deutschland, England, Frankreich, Indien, Italien, Japan, Nordirland, Österreich, Polen, Russland, Saudi-Arabien, Schweiz, Slowakei, Tschechien, Ukraine und USA. Die Schülerinnen und Schüler kamen vorwiegend aus dem Umkreis von Hamburg und wurden durch den Veranstalter (GSTT) schriftlich zur Teilnahme eingeladen. 2. Durchführung der Veranstaltung und 3. Abrechnung sowie Publikation. Fazit: Die Konferenz konnte insbesondere für den Mittelstand in einer baukonjunkturschwachen Zeit zukunftsweisende umweltschonende Entwicklungen für den Bau und die Instandhaltung der unterirdischen Infrastruktur aufzeigen. Sie hat darüber hinaus der Wirtschaft im besonderen Maße internationale Kontakte vermittelt und die Fachwelt weltweit zu gemeinsamen Entwicklungen angeregt. Die Zielrichtung der Konferenz, Nachwuchskräften die Chance zu geben, sich auf internationaler Bühne zu präsentieren, wurde voll erfüllt. Die Jugend konnte auf dem Gebiet der Naturwissenschaften neue umfassende Eindrücke für ihre spätere Berufswahl gewinnen. Der hierbei durchgeführte 'Quiz für schnelle technische Denker' wurde mit Begeisterung aufgenommen. Der Ablauf der Konferenz kann für weitere technische Großveranstaltungen empfohlen werden.
1 Problemstellung und Ziel, 1.1 Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Messergebnisse von sachgemäß und im erforderlichen Umfang durchgeführten Erschütterungsmessungen stellen bei Kenntnis der eingesetzten Technik und Energie der Erschütterungsquellen ähnlich wertvolle Aufschlüsse wie Bohrungen oder Sondierungen für die untersuchten Baugrundbereiche dar. Diese Ergebnisse gilt es für weitere Aufgaben der WSV zu nutzen. Nutzbare Veröffentlichungen darüber sind kaum vorhanden, da diese Kenntnisse einen Teil des 'Know-how' der einschlägigen Institutionen ausmachen. Die BAW verfügt inzwischen über große Datenmengen von Erschütterungsmessungen bei Baumaßnahmen an Wasserstraßen. 1.2 Bedeutung für die WSV: Auf Baustellen der WSV ist die Nutzung erschütterungsintensiver Bauverfahren wie Rammen, Vibrationsrammen, Vibrationsverdichten, Sprengen, Meißeln u. ä. nach wie vor unverzichtbar. Auf Grund der z. T. anzutreffenden Erschütterungsempfindlichkeit moderner Produktionsanlagen und zunehmender Sensibilität von Menschen in Wohngebäuden gegenüber Erschütterungen sind in der Vorbereitung von Baumaßnahmen immer häufiger auch erschütterungsärmere Schwingungsquellen wie z.B. Schiffs-, Baustellen- und Straßenverkehr zu berücksichtigen. Zuverlässige Erschütterungsprognosen können entscheidende Hinweise für die Auswahl zulässiger Bauverfahren, für die Fahrweise (z.B. Drehzahl von Vibrationsrammen) von Baumaschinen sowie für Art und Umfang von Beweissicherungsmaßnahmen bei erschütterungsintensiven Baumaßnahmen liefern. Untersuchungsmethoden: Die gesammelten Erschütterungsmessdaten von Rammungen, Sprengungen, Meißel- und Verdichtungsarbeiten u. a. werden in Abhängigkeit vom Abstand zur Erschütterungsquelle, von der eingesetzten Energie, von Boden- und Bauwerkseigenschaften sowie gegebenenfalls von weiteren Einflussgrößen, wie z. B. Bohlenlänge und Rüttelfrequenz statistisch ausgewertet. Die vorliegenden Messdaten werden zusammen mit den vorhandenen Angaben aller relevanten Parameter elektronisch archiviert, systematisiert und statistisch ausgewertet. Das Problem der Erschütterungsausbreitung wird dabei in drei Teilkomplexen untersucht, der Erschütterungserzeugung (System Baumaschine- Boden), der Erschütterungsausbreitung (System Boden-Boden) und der Erschütterungsübertragung (System Boden-Bauwerk-Bauteil). Dabei sollen sowohl allgemeine Zusammenhänge (z. B. Bauwerkserschütterungen pro eingesetztem Energiebetrag in Abhängigkeit vom Abstand, unabhängig von Bauwerksart und Baugrund) als auch detaillierte Zusammenhänge (z. B. Erschütterung je Energiebetrag in Abhängigkeit vom Abstand für schwere massive Bauwerke in Sandböden) herausgearbeitet werden. Im ersten Fall erhält man über den Mittelwert und die Standardabweichung einen schnellen Überblick über die im Mittel und mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (z. B. 95 Prozent und 99 Prozent) maximal möglichen Erschütterungen auch ohne Kenntnis des aktuell vorhandenen Baugrundes. usw.
Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Erstellung eines integralen Berechnungsmodells zur Vorhersage des Unterwasserschalls bei Rammarbeiten im Offshore-Bereich mit und ohne Verwendung von Schallschutzsystemen. Aufbauend hierauf soll ergänzend ein Expertensystem erstellt werden, das einem erweiterten Anwenderkreis, wie beispielsweise Zulassungsbehörden, Naturschutzämtern und Biologen, Abschätzungen des zu erwartenden Schalleintrags und der Minderungswirkung von Schallreduktionsmaßnahmen beim Bau von OWEA erlaubt. Ziel des Verbundpartners TUHH ist die Entwicklung eines für die Prognose geeigneten Akustikmodells, das die Vorhersage der Kenngrößen im Nah- und Fernfeld des Pfahls erlaubt und welches effizient an veränderte Rand- und Anfangsbedingungen angepasst werden kann. Aufgabe des GBT ist dabei die Bestimmung der Rand- und Anfangsbedingungen an der Schallquelle und am Meeresboden, während die Modellierung der akustischen Ausbreitung im Meereswasser am IMB erfolgt. Basierend auf dem detaillierten Akustikmodell erfolgt zusammen mit dem Verbundpartner LUH die Erstellung des Expertensystems.
1. Vorhabenziel Ziel des Teilprojektes der CAU/ IfG ist die Erfassung der geologischen Sedimentstruktur an drei Teststandorten von Offshore-Windkraftanlagen bis Gründungstiefe vor der Rammung sowie die Messung von durch die Rammung induzierten seismischen Wellen im Fernfeld mit Ozeanbodenseismometern (OBS). Strukturinformation und rammbegleitende Messungen sollen Rahmenbedingungen für die Modellierung des Körperschalls liefern und Abschätzungen/ Vorhersagemodelle über den Hydroschalleintrag im Fernfeld durch seismische Wellen ermöglichen. Als Ergebnis entsteht ein Untergrundmodell, das Tiefenpläne der geologischen Schichtgrenzen sowie die elasto-mechanischen Kenngrößen der geologischen Schichten enthält. 2. Arbeitsplanung Im Rahmen von Voruntersuchungen soll ein kombiniertes Verfahren aus hochauflösender Reflexionsseismik zur Strukturauflösung sowie Scholtewellenseismik zur Abschätzung des Schermoduls in der Umgebung jeder Gründungsposition durchgeführt werden. Des Weiteren sollen Messungen während der Rammung der OWEAs mit Ozeanbodenseismometern (OBS) durchgeführt werden, welche die Bodenbewegungen und den bodennahen Hydroschall im Fernfeld aufzeichnen. Durch die vom Projektpartner TUHH/ GBT geplanten Messungen ist es möglich, die Quellfunktion der Rammung zu bestimmen. Diese soll in zweidimensionale viskoelastische Finite-Differenzen-Modellierungen der seismischen Wellenausbreitung im Fernfeld eingebunden werden.
1. Vorhabenziel: Gesamtziel des Vorhabens ist die Erstellung eines integralen Berechnungsmodells zur Vorhersage des Unterwasserschalls bei Rammarbeiten im Offshore-Bereich mit und ohne Verwendung von Schallschutzsystemen. Aufbauend hierauf soll ergänzend ein Expertensystem erstellt werden, das einem erweiterten Anwenderkreis, wie beispielsweise Zulassungsbehörden, Naturschutzämtern und Biologen, Abschätzungen des zu erwartenden Schalleintrags und der Minderungswirkung von Schallreduktionsmaßnahmen beim Bau von OWEA erlaubt. Ziel des Verbundpartners LUH/ISD ist die Abbildung geeigneter Minderungskonzepte in Simulationsmodellen. Die parametrisierten numerischen Modelle zeichnen sich dadurch aus, dass die physikalischen Vorgänge, wie Reflexion, Transmission und Absorption, in der schallmindernden Zwischenschicht physikalisch zutreffend abgebildet werden. 2. Arbeitsplanung: Die Arbeitsplanung der LUH/ISD sieht eine Modellerweiterung und Modellkalibrierung des Simulationsmodells aus Schall3, die experimentelle Ermittlung von Blasengrößen- und Blasendichteverteilungen sowie die Erstellung von Simulations- und Rechenmodellen für Schallminderungskonzepte vor. Anschließend erfolgt die Modellkalibrierung und -validierung mit Versuchsdaten und die Modellimplementierung in das Akustikmodell des Verbundpartners TUHH/IMB. Weiter übernimmt LUH/ISD die Koordination für die Erstellung eines Expertensystems und liefert die Wissensbasis zur Berechnung der Minderungswirkung verschiedener Konzepte.
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