Hochwasserschutz leicht gemacht

Hochwasser kann innerhalb von Stunden aus Flüssen und Bächen reißende Wassermassen machen. Rettungskräfte sowie die Bewohner der betroffenen Städte und Dörfer haben oft nur wenig Zeit, auf die herannahende Bedrohung zu reagieren. Häufig reichen permanent angelegte Dammanlagen nicht aus.

Wissenschaftler des Forschungsbereiches Leichtbau im Bauwesen der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der Technischen Universität Chemnitz haben gemeinsam mit Partnern ein temporäres System entwickelt, das schnell und mit geringem Personalbedarf installiert werden kann und sich durch geringe Anschaffungskosten, unkomplizierte Lagerung und eine hohe Lebensdauer auszeichnet. Dieses kann für die Dauer eines Hochwassers – in der Regel wenige Tage im Jahr – aufgebaut werden.

Basis des Systems ist eine Entwicklung der 3dtex GmbH aus Berlin. Das System besteht aus einem Fundament, aus Stützen und einer textilen Membran. Es kann am Ufer von stehenden oder fließenden Gewässern bodeneben installiert werden und lässt sich im Bedarfsfall mit wenig Aufwand zum Einsatz bringen.

Das Fundament hat die Form einer Rinne und dient gleichzeitig für die Aufbewahrung des Systems. Die Stützen wirken während der Lagerung als Abdeckung dieser Rinne. Im Einsatzfall halten sie die textile Membran, die letztlich den Schutz gegen das Wasser bietet.

Die Chemnitzer Wissenschaftler waren zuständig für Simulationen der Strömung und der Mechanik, für Tests im Strömungskanal, für die Entwicklung der Stützen und die Auslegung der Abspann- und Verankerungssysteme sowie für die Materialprüfung der Membran, der Stützen und der Abspannung. Das entstandene System genügt den Anforderungen, die der Bund der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau (BWK) e. V. in seinem „Merkblatt – Mobile Hochwasserschutzsysteme“ festhält.

„Die Besonderheit bei diesem System liegt in der Ableitung der im Hochwasserfall wirkenden großen Lasten, die auf die Bauteile wirken“, sagt Dr. Sandra Gelbrich, Leiterin des Forschungsbereiches Leichtbau im Bauwesen, und erklärt: „Bei vielen bekannten temporären Stauwandsystemen resultieren aus dem Wasserdruck hohe Biegemomente, die insbesondere auf Stützen und Fundamente einwirken.

Entsprechend groß ist der konstruktive und materielle Aufwand dieser Anlagen. Der konstruktive Vorteil des neuen Systems liegt in der Vermeidung dieser Biegemomente.“ Die Lösung der Chemnitzer Forscher ist eine flexible, wenig dehnbare Membran. Diese besteht aus PVC und ist mit Textilien verstärkt. Sie formt sich unter dem Wasserdruck definiert aus und reagiert ausschließlich mit Zugspannungen. Abgeleitet werden die Kräfte zum einen über die Membranverankerung in den Boden und zum anderen über die Membranrandverstärkungen in die Stützen.

Selbst wenn Treibgut gegen das System prallt, wirken nahezu ausschließlich Normalkräfte in den Stützen. „Diese können somit extrem schlank und leicht ausgeführt werden“, erklärt Gelbrich. Dies haben die Entwickler durch eine spezielle Geometrie der Membran und eine bestimmte Anordnung der Komponenten erreicht. Die Konstruktion lässt Stauhöhen bis 1,50 Meter zu. Treibgutanprall hält sie nachweislich bis 400 Kilogramm aus – getestet bei einem Aufprallwinkel von 90 Grad zur Fließrichtung und einer Geschwindigkeit von vier Metern pro Sekunde. „Die leichtbaugerechte Ausführung lässt den Aufbau selbst mehrerer hundert Meter Hochwasserschutz problemlos durch zwei Personen zu“, hebt Gelbrich hervor.

Das Projekt „Textiler Hochwasserschutz – Produktentwicklung eines effizient errichtbaren Hochwasserschutzsystems“ wurde von März 2013 bis September 2015 von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen gefördert. Das Volumen des Teilprojektes an der TU Chemnitz lag bei rund 175.000 Euro. Partner der Chemnitzer Forscher waren neben der 3dtex GmbH die Karsten Daedler e.K. und das Ingenieurbüro Schulze & Rank.

Weitere Informationen erteilt Dr. Sandra Gelbrich, Leiterin des Forschungsbereiches Leichtbau im Bauwesen, Telefon 0371 531-32192, E-Mail sandra.gelbrich@mb.tu-chemnitz.de.