Temporärer Hochwasserschutz leicht gemacht dank textiler Membranen

(28.6.2016) Hochwasser kann innerhalb von Stunden Flüsse und Bäche in reißende Ströme verwandeln. Rettungskräfte und Bewohner der betroffenen Städte und Dörfer haben oft nur wenig Zeit, auf die herannahende Bedrohung zu reagieren. Die Ereignis­se im Mai und Juni 2016 in Deutschland haben zudem gezeigt, dass permanent ange­legte Dammanlagen häufig nicht ausreichen. 

Foto: TU Chemnitz/Rajko Berger

Wissenschaftler des Forschungsbereiches Leichtbau im Bauwesen der Professur Struk­turleichtbau und Kunststoffverarbeitung der TU Chemnitz haben vor diesem Hinter­grund gemeinsam mit Partnern ein temporäres System entwickelt, das ...

• schnell und mit geringem Personalbedarf installiert werden kann,
• sich durch geringe Anschaffungskosten auszeichnet,
• sich  unkompliziert lagern lässt und
• eine hohe Lebensdauer verspricht.

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 soll sich im Bedarfsfall mit vergleichsweise geringen Aufwand zum Einsatz bringen lassen. Das Fundament hat die Form einer Rinne und dient gleichzeitig der 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“, erklärt Dr. Sandra Gelbrich, Leite­rin des Forschungsbereiches Leichtbau im Bauwesen, und betont: „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 Eentwicklung 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 zu dem temporären Hochwasserschutz mit textilen Membranen können per E-Mail an Dr. Sandra Gelbrich, Leiterin des Forschungsbereiches Leichtbau im Bauwesen angefordert werden.