Hollow Cubes

Hohldeckwerk Baltrum

Hohldeckwerk Burj al Arab

Unter Hollow Cubes (Hohlwürfel) werden Hohlformkörper verstanden, die in bestimmter Anordnung böschungsparallel in Richtung der Falllinie durchströmbar sind. Als Bauelemente von Böschungsdeckwerken werden sie im Sinne der Minimierung der Wellenlasten bei Küstenschutzbauwerken verwendet.

Bauformen

Hohldeckwerk Querschnitt

• Tube Cubes sind kubische Hohlkörper aus Beton mit Durchströmöffnungen in den zu den Höhenlinien parallelen Würfelseiten sowie einer Wassereintrittsöffnung an der Oberseite. An einer Böschung regelmäßig in der Art einer Pflasterung verlegt, stellen sie ein einlagiges Hohldeckwerk dar.
• Tunnel Cubes sind großformatige Hohlformkörper mit einem massiven Steg an einer Würfelkante oder Würfelseite. Sie können etwa bei Wellenbrechern auf stabiler Unterkonstruktion als Bauelemente einlagiger Schutzschichten verlegt werden oder in Stapelbauweise eine selbsttragende Hohlstruktur bilden.

Bauelement Tube Cube

Wirkungsweise

Grundlagen

Bauelement Tunnel Cube

Für die Beanspruchung geböschter Uferschutzbauwerke hat die Wechselwirkung der brechenden Welle mit der aus Wellenauflauf und Wellenrücklauf gebildeten Waschbewegung besondere Bedeutung. Bei Zugrundelegung eines Koppelschwingsystems mit mehreren Freiheitsgraden (partiell stehende Wellen seeseitig der Böschung - Waschbewegung auf der Böschung), hat die Beeinflussung eines Freiheitsgrades Rückwirkungen auf die übrigen Freiheitsgrade: Reduzierte Waschbewegungen vermindern die Höhe der partiell stehenden Wellen und damit die Brecherhöhe am Bauwerk. Vorhandene Resonanzphänomene zwischen partiell stehenden Wellen (als Erreger) und der bewegten Wassermasse auf der Böschung (als Resonator) hängen von den Dämpfungseigenschaften des Resonators ab: Hohe Turbulenz auf der Böschung begrenzt die Resonanzamplitude des Systems, vergl. auch Brandungsresonanz.

Beeinflussung der Brandungskinematik

Eine extreme Beeinflussung der Waschbewegung wird durch Aufspaltung der am Wellenauflauf bzw. Wellenrücklauf beteiligten Wassermassen erreicht. Für die Wirksamkeit durchströmter Hohlformkörper sind folgende Gesichtspunkte von Bedeutung:

Tunnel Cubes einlagig

1. An der Vielzahl der Wassereintrittsöffnungen treten im Rhythmus des Ein- und Ausstroms infolge der Stromtrennung beträchtliche Energiehöhenverluste auf. Die infolge von Turbulenz am Bauwerk absorbierte Energie tritt als Defizit bei der reflektierten Welle auf, mindert die Amplitude der partiell stehenden Welle und damit auch die Höhe des Brechers.
2. Wegen der seewärtigen Rückleitung einer Teilmenge des Rücklaufwassers (der vorausgegangenen Welle) innerhalb der Hohlkörperstruktur besteht gegenüber einer an einer ebenen Böschungsoberfläche brechenden Welle ein Wasserdefizit an der Leeseite der Welle. In der Folge bildet sich an der Hohlkörperstruktur ein veränderter Brechertyp mit geringerer Höhe aus.

Tunnel Cubes gestapelt

Untersuchungsergebnisse (Referenz ebene Böschung, Modellmaßstab 1:5)

• Reduzierung der Energie, der am Bauwerk brechenden Wellen bei Tube Cubes (Neigung 1:3) bis ca. 40%, bei Tunnel Cubes (Neigung 1:2) bis ca. 70%.
• Reduzierung der Energie der Waschbewegung bei Tube Cubes (Neigung 1:3) bis ca. 50%.

Weitere Vorteile

Energie an ebener Neigung bzw. Hohlstrukturwerk

• Da der Brechertyp Sturzbrecher nicht auftritt, tendiert die Wahrscheinlichkeit von Druckschlägen gegen Null.
• Verstärkter wasserseitiger Lufteintrag begünstigt biologische Abbauprozesse in Ufernähe.
• Bereitstellung von Schutzraum für Kleinlebewesen.
• Baukostenreduzierung infolge von Einsparungen bei den Baumassen durch
  • steiler ausführbare Böschungsneigung,
  • geringer ausführbare Bauhöhe und
  • vergrößerte Porosität.

Literatur

• Büsching, F.: Durchströmbare Böschungsstrukturen. In: Bauingenieur Nr.66, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1991, S.11-14
• Büsching, F.: HOLLOW CUBES. In: HANSA - International Maritime Journal -Herausgeber: Schifffahrtsverlag HANSA C. Schroeter & Co, Hamburg, 2001, S.62-65
• Büsching, F.: Uferschutzbauwerk - Embankment Protection Structure - Ouvrage de protection de berge. Europäisches Patentamt Nr. EP0451521, Patentblatt 1996/30, München, 24. Juli 1996, 47 Seiten

Weblinks

• http://www.hollow-cubes.de/