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Main Title: Korngrößenseparation bei Steinschüttungen durch Fallrohre im Wasser
Translated Title: Grain-Size Segregation in Fall-Pipe Rock Dumping
Author(s): Nehrig, Marko
Advisor(s): Stückrath, Timm
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Im Bereich des Wasserbaus werden Steinschüttungen zum mechanischen Schutz und als Fundamentschicht für Bauwerke des Küsteningenieurwesens eingesetzt. Hierbei werden aus ökonomischen und technischen Gründen Steine uneinheitlicher Größe verwendet. Die Verwendung von Fallrohren ermöglicht die exakte Positionierung der Steine in ihrer Lage und eingebauten Schichtdicke auf dem Gewässerboden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Schwerpunkt auf die Gefahr der Korngrößentrennung während des Fallvorganges der Steine im Wasser durch das Fallrohr gelegt. Ursache für die Trennung der Korngrößen ist die höhere Fallgeschwindigkeit größerer Steine im Vergleich zu kleineren Steinen. Führt dies aber dazu, dass die Steine nach Korngrößen getrennt eingebaut werden, so besteht die Gefahr von Setzungen durch Suffosions- und Erosionsprozesse. Eine mögliche Einschränkung der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit des Bauwerkes ist dabei gegeben. Durch umfangreiche physikalische Modellversuche mit Fallkörpern unterschiedlicher Formen, Dichten und Oberflächen konnte die Fallgeschwindigkeit einzelner Körper im Fallrohr vorhersagbar gemacht werden, und es konnten die Einflussgrößen auf den Fallvorgang bestimmt werden. Die Annahmen zur Entmischung von Steinschwärmen in Fallrohren wurden durch die Durchführung weiterer physikalischer Modellversuche mit Steinschwärmen bestätigt. Das Entmischungsverhalten der Steinschwärme ist abhängig von der Fallrohrlänge, dem Fallrohrdurchmesser sowie der Korngrößenzusammensetzung des Steinmaterials. Es zeigte sich weiterhin, dass der Beginn und das Ende jeder Schüttung sowie jede Änderung des Massenstromes in einer unvermeidbaren Entmischung des einzubauenden Materials resultieren. Es werden Handlungsempfehlungen gegeben, wie die Entmischung des Materials durch die Berücksichtigung bei der Planung der Baumaßnahme sowie bei der Baudurchführung minimiert werden kann. Weiterhin lassen sich durch die entwickelten Berechnungsvorschriften die Mengen des Materials errechnen, welche sich unvermeidbar entmischen. Diese Mengen sind als entmischtes Material im Entwurf der Baumaßnahme zu berücksichtigen, um entsprechende Bauwerke dauerhaft und standsicher im Küsteningenieurwesen errichten zu können.
Layers of dumped rocks are used as mechanical protection or as a foundation for constructions in the field of coastal engineering. For economic and technical reasons, rocks of different sizes are used in this process. Through the use of fall-pipes during the dumping process it is possible to place the rocks very accurately and also control the thickness of the dumped layer. This dissertation focuses on the risk of grain-size segregation during the process of falling through the fall-pipe in water. The grain-size segregation is caused by the higher settling velocity of larger grains compared to smaller grains. Constructing the dumped layer using segregated grain sizes will result in danger of erosion. This could lead to a lack of usability or stability of the entire construction. Conducting extensive numbers of physical model tests with falling objects of different shapes, densities and surface conditions, the settling velocity of objects in a fall-pipe was made predictable. The parameters influencing the settling process where identified. Conducting further physical model tests with bulks of rocks in the fall-pipe confirmed the assumption that bulks of rocks behave like a larger number of single rocks. The grain-size segregation of bulks of rocks depends on the length and the diameter of the fall-pipe and on the grain size distribution. It could be shown that every change in the flow of the rock mass within the fall-pipe, such as beginning or end of the dumping process, inevitably causes grain-size segregation. Recommendations for the design and construction process are given which lead to a minimization of grain-size segregation when a fall-pipe is used. Using the recommendations it is possible to determine the amount of the inevitably segregated rock material. This amount of segregated material must be taken into account during the design process in order to construct permanently stable and usable structures in the field of coastal engineering.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-14062
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1751
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1454
Exam Date: 14-Jul-2006
Issue Date: 2-Nov-2006
Date Available: 2-Nov-2006
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Fallrohr
Hafenbau
Korngrößentrennung
Küsteningenieurwesen
Steinschüttung
Coastal Engineering
Fall-Pipe
Grain-Size Segregation
Harbour Construction
Rock Dumping
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