Bemessung und Konstruktion von selbstschwimmenden Hochwassersperren in Beton-Sandwichbauweise

Hochwassersicheres Bauen ist eine Aufgabe, der in vielen gewässernahen Regionen Deutschlands große sicherheitstechnische und volkswirtschaftliche Bedeutung zukommt. Zusätzliche Herausforderungen entstehen durch die statistisch belegte erhebliche Zunahme lokaler Starkregenereignisse, die mit geringer Vorwarnzeit eintreten.
Die Verwendung des Werkstoffes Beton ermöglicht – wie im Bauwesen insgesamt – kostengünstige Lösungen mit einer hohen Lebensdauer. Hochleistungsbetone lassen dabei filigrane Konstruktionen mit hoher Dichtheit möglich werden.  Aus diesen Gründen wurde im Rahmen des Vorhabens ein für Hochwassersperren völlig neuartiges Konstruktionsprinzip verfolgt, bei dem vor allem Systemzuverlässigkeit, Robustheit und Dauerhaftigkeit bei geringen Herstellkosten und geringem Wartungsaufwand als Entwicklungsziele im Mittelpunkt standen.
Im ersten Schritt wurde eine umfangreiche Recherche über bestehende Praxisbeispiele selbstaufschwimmender Hochwassersperren und deren Einsatzmöglichkeiten durchgeführt. Parallel wurde ein Konstruktionsprinzip entwickelt und eine Vordimensionierung erstellt.  Dabei wurden die maßgebenden Einwirkungen ermittelt und die Materialeigenschaften festgelegt. Zusätzlich wurden die Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten der Sperre als Sandwichbauteil an geometrisch vereinfachten Probekörpern untersucht. Hierfür wurden der Kernaufbau und dessen Festigkeit, der Bewehrungsgehalt und die Bewehrungsform variiert. Parallel dazu wurden Probekörper in einem karusellartigen Versuchsstand mit einem gummibereiften Rad bei üblicher Straßenverkehrslast (halbe Achsenlast eines Personenkraftwagens) mit mehr als 25.000 Umdrehungen überfahren. Die in den Versuchen gewonnenen Erkenntnisse wurden zum Bau eines Prototyps genutzt. Hierbei wurde die Sperre mit angeformtem Gelenk und Adapterteil im Originalmaßstab mit einer Breite von 20 cm hergestellt. Der Prototyp wurde im Ruhezustand sowie im Einsatzzustand unter quasi-statischer und dynamischer Belastung untersucht.
Zur Überprüfung der Funktionalität des entwickelten Systems wurde eine 20 cm breite Sperre mit angeformtem Gelenk und Adapterteil in eine speziell hierfür konzipierte Versuchseinrichtung eingebaut. Der Versuchsstand besteht aus einem Stahlrahmen, der mit Plexiglasscheiben wasserdicht ausgekleidet wurde.
Die durchgeführten experimentellen Untersuchungen haben unter Beweis gestellt, dass das entwickelte selbsttätige Hochwassersperrsystem sowohl im Ruhezustand unter Befahrung als auch im Einsatzzustand unter Wasserdruck eine ausreichende Tragfähigkeit besitzt.