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Geotechnische Bemessung mit numerischen Verfahren

In der Praxis hat sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) für geotechnische Verformungsnachweise durchgesetzt. Über den vorhandenen Kenntnisstand hinaus soll Wissen zum Nachweis von Standsicherheitsbetrachtungen unter Einsatz numerischer Methoden erworben werden. Ziel ist es, Grundlagen und Empfehlungen für eine durchgehende geotechnische Bemessung mit numerischen Verfahren zu geben. Aufgabenstellung und Ziel Bauvorhaben der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) werden zunehmend komplexer. Das liegt zum einen daran, dass sie fast alle in unmittelbarer Nähe von vorhandener, oftmals maroder Infrastruktur liegen und räumlich oft keine Ausweichmöglichkeiten bestehen (z. B. Wehre, Schleusen und Fischaufstiegsanlagen an Neckar, Mosel und Main, Schleuse Lüneburg). Zum anderen liegt es auch an erhöhten Anforderungen an das Bauvorhaben, die sich einerseits aus den Einwirkungen ergeben (z. B. Bemessungshochwasser) und die andererseits im Hinblick auf die Beeinflussung der Umwelt gestellt werden (z. B. Grundwasser). Die Komplexität von Geometrie und Belastungen, Baugrundeigenschaften und Grundwasserverhältnissen ist mit analytischen Modellen nur schwer zu erfassen. Mithilfe numerischer Verfahren können die vorhandene Altsubstanz im Baufeld, die Belastungsgeschichte des Baugrunds, die angrenzende Infrastruktur, die reellen Baugrundeigenschaften und insbesondere die nichtlinearen Zusammenhänge realitätsnäher abgebildet werden. In der Praxis hat sich hierfür die Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgesetzt. Derzeit werden mit der FEM Gebrauchstauglichkeits- bzw. Verformungsnachweise geführt oder Eingangswerte für die Bemessung mit analytischen Verfahren (z. B. Erddruck) ermittelt. Für eine durchgehende Bemessung von Bauwerken und Bauteilen mithilfe numerischer Verfahren fehlen in Deutschland erprobte Grundlagen und Regeln. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Beratungsleistungen der BAW gewinnbringend ergänzen. Die fachliche Zusammenarbeit mit der WSV in Projekten an den Bundeswasserstraßen wird damit qualitativ weiter verbessert. Mit der Einführung des neuen Eurocode DIN EN 1997-1 (EC7) ist mit einem zunehmenden Einsatz numerischer Verfahren in der geotechnischen Bemessung zu rechnen. Diese Thematik wird auch im „Arbeitskreis Baugruben“ und im „Arbeitsausschuss Ufereinfassungen“ ausführlich diskutiert. Für die Beurteilung der Standsicherheit, z. B. von bestehenden und neu zu planenden Bauwerken, wird ein vertieftes Verständnis numerischer Bemessungsverfahren bei der Beratung der WSV zwingend erforderlich sein. Untersuchungsmethoden Für im Wasserbau übliche geotechnische Bauwerkskonstruktionen sollen verschiedene Nachweisformate numerisch untersucht und Anwendungsgrenzen definiert werden. Die Nachweisführung soll entsprechend dem Teilsicherheitskonzept zusätzlich mit bewährten analytischen Berechnungsverfahren erfolgen, um einen Vergleich der Berechnungsergebnisse zu ermöglichen. Fragen zu Einfluss und Sensitivität von Baugrundkenngrößen und Grundwasserverhältnissen bei der durchgehenden Bemessung mit numerischen Verfahren stehen über die praktischen Fragestellungen hinaus im Fokus. Es ist geplant, die analytischen und numerischen Berechnungen an Bemessungsbeispielen bestehender Bauvorhaben bzw. Projekten durchzuführen. Reale Bemessungsbeispiele bestehender Vorhaben bieten den Vorteil, dass Messdaten von Verformungen vorliegen. Somit können die FEM-Berechnungen abglichen bzw. kalibriert werden. (Text gekürzt)

Überschwemmungsgebiete Verordnungsflächen Niedersachsen

Durch Verordnung sind als Überschwemmungsgebiete die Gebiete festzusetzen, in denen ein Hochwasserereignis statistisch einmal in 100 Jahren (Bemessungshochwasser) zu erwarten ist (nach NWG, §115, Absatz 2). Daneben existieren noch zahlreiche historische Überschwemmungsgebiets-Verordnungen, die zum Teil auf beobachteten Hochwasserereignissen beruhen (siehe Sachdaten, TECH_BASIS). Zur Lagegenauigkeit und Rechtsverbindlichkeit, zu den Sachdaten, zum Download und zum Austauschformat für Geoinformationen der Überschwemmungsgebiete siehe: https://www.nlwkn.niedersachsen.de/hochwasser_kuestenschutz/hochwasserschutz/ueberschwemmungsgebiete/lagegenauigkeit-und-rechtsverbindlichkeit-44199.html.Diese Daten sind auch im INSPIRE Datenmodell „Annex 3: Bewirtschaftungsgebiete/Schutzgebiete/geregelte Gebiete und Berichterstattungseinheiten“ erhältlich. Die Bereitstellung erfolgt über die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) per Darstellungs- und Downloaddienst, deren URLs in den Transferoptionen angegeben sind.

Stadt Duisburg: Überschwemmungsgefährdete Gebiete

Gebiete, die ohne Berücksichtigung vorhandener Hochwasserschutzeinrichtungen, von Hochwasser betroffen sein können. Verschiedene Datensätze in Abhängigkeit von: 1. Berechnungsverfahren / historischer Quelle 2. Bemessungshochwasser (Rhein) (Quelle: Landesumweltamt NRW)

Stadt Duisburg: Überschwemmungsgebiete

Gebiete, die unter Berücksichtigung vorhandener Hochwasserschutzeinrichtungen, von Hochwasser betroffen sein können. Verschiedene Datensätze in Abhängigkeit von: 1. Berechnungsverfahren / historischer Quelle 2. Bemessungshochwasser (Rhein) (Quelle: Landesumweltamt NRW)

Hochwasser-Tirol

Das Ziel des Projekts besteht darin, eine Basis für eine harmonisierte Vorgangsweise zur Bestimmung von Bemessungswerten des Hochwassers in Tirol zu schaffen und in die Übertragbarkeit der Methodik auf andere Regionen des Alpenraums und die Einflüsse des Klimawandels auf die Ermittlung von extremen Abflussereignissen einzuordnen. Schwerpunkt der Untersuchungen ist die Interpretation der Unterschiede der verschiedenen Vorgangsweisen (Pegelstatistik, NA Modellierung), um damit eine objektivere Festlegung der Bemessungswerte zu ermöglichen. Für hydrographische Zwecke stehen mit den Ergebnissen des Projektes Schätzwerte des HQ100 und HQ150 für Tirol zur Verfügung. Für die Zwecke der WLV steht eine Argumentationshilfe für die Bemessung in kleinen Gebieten zur Verfügung, wobei im Anlassfall zusätzlich eine Untersuchung mit einem Niederschlag-Abflussmodell auf Basis von Feldbegehungen (Zemokost) durchzuführen wäre. Die grundlegende Vorgangsweise besteht darin, die zwei unterschiedlichen Ansätze (Pegelstatistik, NA Modellierung) vom Prozessverständnis her zusammenzuführen. Es ist nicht sinnvoll, für alle kleinen Gebiete in Tirol NA Untersuchungen durchzuführen, sondern günstiger, sich auf einige Gebiete vertieft zu konzentrieren, und dadurch besser zu verstehen, worin die Unterschiede in den beiden Ansätzen liegen. Deshalb wird eine zweigeteilte Vorgangsweise gewählt. Zum einen (a) sind flächendeckende Auswertungen für das gesamte Gebiet von Tirol vorgesehen, zu anderen (b) sind detaillierte Untersuchungen für eine kleine Anzahl von Leiteinzugsgebieten vorgesehen.

Adaptation Standard: Diskussion des Anpassungsbedarfs ausgewählter Normen und Richtlinien bezüglich Folgen des Klimawandels

Im Rahmen des Forschungsprojekts "Adaptation Standard: Analyse bestehender Normen auf Anpassungsbedarfe bezüglich Folgen des Klimawandels" wurden fünf Normen bzw. technische Regeln untersucht. Dieser Bericht enthält Vorschläge dafür, wie die Folgen des Klimawandels in diesen Dokumenten angemessener adressiert werden können sowie weitere, allgemeinere Empfehlungen zum Thema. Die DIN 4108-2:2013-02 regelt die Anforderung an den Wärmeschutz von Gebäuden. Die zu erwartenden Klimaveränderungen können dazu führen, dass die bisherigen Anforderungen nicht mehr ausreichen, um während länger anhaltender Hitzeperioden ein behagliches Innenraumklima sicherzustellen. Die VDI-Richtlinie 6004 beschäftigt sich mit der Naturgefahr Hochwasser im Planungsprozess technischer Gebäudeausrüstung. Aktuell werden Bemessungshochwasser angesetzt, die statistisch einmal in 100 Jahren vorkommen, diese Grundlage bildet zukünftige Klimaentwicklung allerdings nicht ab. Die letzte Überarbeitung der DIN 19700-11, die sich mit Talsperren beschäftigt, entstand aus den Erfahrungen des Jahrhunderthochwasser 2002. Um die Funktionsfähigkeit von Talsperren auch in Zukunft zu gewährleisten, sollte die Norm allerdings explizit projizierte Veränderungen von Niederschlag, Temperatur und Strahlung berücksichtigen. Das Arbeitsblatt DWA-A 138 für Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser wird derzeit überarbeitet. Trockenperioden und Starkregen sind neue Herausforderungen für die Wasserwirtschaft, weshalb die logische Konsequenz darin besteht, Niederschläge vor Ort zu belassen und dem natürlichen Wasserhaushalt zuzuführen. Für das Regelwerk der DWA bedeutet dies grundlegend veränderte Zielstellungen, weshalb der langfristige Wasserhaushalt stärker berücksichtigt werden muss. Eng damit einher geht das DWA-A 117 zur Bemessung von Regenrückhalteräumen, welches aber letztendlich nur die Zwischenspeicherung von Starkregen mit nachfolgender Entleerung beinhaltet. Aspekte einer zeitgemäßen Regenwasserbewirtschaftung wie die langfristige Speicherung und Nutzung zur Bewässerung werden bislang nicht berücksichtigt. Quelle: Forschungsbericht

Modellversuch zum Einlaufbauwerk des Flutpolders Rösa an der Mulde

Zur Verbesserung des Hochwasserschutzes für die Anlieger der Mulde im Land Sachsen-Anhalt plant der Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt (LHW) die Errichtung eines steuerbaren Flutpolders im Bereich der Landesgrenze zum Freistaat Sachsen. Der Polder befindet sich im rechten Muldevorland und umfasst eine Fläche von ca. 520 ha. Ziel ist die Kappung der Hochwasserscheitel bei Extremereignissen, um das Risiko von Überflutungen und Schäden, wie im August 2002 aufgetreten, zu minimieren. In der Hochwasserschutzkonzeption für die Mulde ist die Errichtung eines steuerbaren Polders oberhalb des Muldestausees zur Kappung der Hochwasserspitzen vorgesehen. Eine Flutung des Polders soll nur bei Eintritt des Bemessungshochwassers HQ100 und selteneren Extremereignissen erfolgen. Zur Optimierung des Einlaufbauwerkes wird am Hubert-Engels-Labor ein physikalischer Modellversuch durchgeführt. Er umfasst folgende Leistungsbestandteile: - Aufbau des physikalischen Modells auf der Grundlage eines DGM-Modells, - Modellierung des Einlaufbauwerkes mit Energieumwandlungsanlage in den nachgebildeten Hochwasserschutzdeich zwischen Mulde bzw. Überflutungsflächen der Mulde und dem Polder, - Aufbau von Wasserkreislauf, Mess- und Steuerungstechnik für den Modellversuch, - Qualitative Bewertung des Geschiebetransportes und der Bewegung von Schwimmstoffen, - Hydraulische Untersuchungen der Energieumwandlung im Einlaufbereich und der Auswirkungen auf den Strömungsverlauf der Mulde.

Naturgefahrenmanagement BUWELA BUcklige Welt - WEchselLAnd

Naturgefahrenmanagement Bucklige Welt ' Wechselland Grundlagenmodul Klima und Hydrologie Starkregenanalysen, Analysen von Gewitterzugstraßen ergeben die Basis für die Definition von Bemessungsregen als Basis für die Ermittlung von Gefahrenzonenplänen in der Region Bucklige Welt ' Wechselland.

Hydraulische Modellversuche für die Hochwasserentlastung der Weißen Elster und die Überleitung in den Zwenkauer See am Standort Zitzschen

Im Rahmen der 'Wasserbaulichen Maßnahmen zur Hochwasserentlastung der Weißen Elster und Überleitung in den Zwenkauer See am Standort Zitzschen' wurde von der Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH, der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen und dem Regierungspräsidium Leipzig geplant, im Tagebaurestloch Zwenkauer See eine Hochwasserlamelle zu nutzen. Die Kappung einer Hochwasserwelle durch die Nutzung des Zwenkauer Sees als Zwischenspeicher wird neben der Bedeutung für den Hochwasserschutz entlang der Weißen Elster erhebliche positive Auswirkungen auf den Hochwasserschutz der Stadt Leipzig haben. Hierzu wurden während der Vorplanungen das Wehr Zitzschen in der Weißen Elster und ein Abschlaggraben mit Abschlagwehr projektiert. In hydraulischen Modellversuchen zum derzeitigen Planungszustand untersuchte das Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik die hydraulische Kapazität der Bauwerke und die Besonderheiten der Bauwerkskombinationen. Der Versuchsstand wurde im Maßstab 1:25 errichtet. Er umfasst ca. 250 m des gegliederten Flusslaufes der Weißen Elster einschließlich des geplanten Wehres Zitzschen sowie ca. 100 m des Abzweigs in den Abschlaggraben mit dem Abschlagwehr. Als Varianten werden die Fälle mit sowie ohne Wehr in der Weißen Elster betrachtet. Dabei sollen jeweils die Bemessungshochwasser BHQ1 (100-jährliches Hochwasser mit einem Durchfluss von 510 m3/s), BHQ2 (150-jährliches Hochwasser mit einem Durchfluss von 580 m3/s) sowie das 50-jährliche Hochwasser (280 m3/s) und das Extremhochwasser (700 m3/s) untersucht werden. Durch Wasserstands-, Geschwindigkeits- und Durchflussmessungen sowie visuelle Beobachtungen wurden die hydraulische Vorbemessung der Bauwerkskapazität bestätigt und Änderungen zur Optimierung des Gesamtkonzeptes der Hochwasserausleitung erarbeitet.

Bestimmung der Bemessungshochwasser an Glatt- und Lauterwehr

Die Wasserkraftanlage Bettenhausen in den Ausläufern des Schwarzwalds fasst das Wasser von Glatt- und Lauter südlich von Glatten jeweils an einem Wehr und leitet dieses über den Glatt-Lauter-Stollen der Heimbachsperre zu. Im Zuge der vertieften Sicherheitsüberprüfung der Heimbachsperre wurden an beiden Wehren die nach DIN 19700 anzusetzenden Bemessungshochwasser bestimmt. Hierzu wurden die Hochwasser vergleichend mit einem Niederschlag-Abfluss-Modell und mit extremwertstatistischen Verfahren ermittelt. Da an keinem der Wehre Abflussmessungen vorlagen, sind verschiedene Regionalisierungsverfahren für Extremwerte angewendet worden. Ergänzend wurden von einem Pegel unterhalb Reihen ausgewertet und die sich ergebenden Bemessungswerte regionalisiert.

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