DE2428684A1 - Vorrichtung zur abschwaechung des wellengangs - Google Patents

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DIPL.-ING. HORST ROSE Dl PL.- ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandersheim, ¹ 3 . Juni 1 974 Postfach 129 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm

Unsere Akten-Nr. 2749/4

CG. DORIS (Conpagnie Generale pour les Developpenients Operationnels des Richesses Sous-marines) Patentgesuch vom 13. Juni 1974

CG. DORIS (Compagnie Generale pour les Developpements Operationnels des Richesses Sous-marines)

83-35, Boulevard de la Gare 75 -Paris/

Vorrichtung zur Abschwächung des Wellengangs

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abschwächung des Wellengangs in der Nähe einer massiven Mauer, z.B. der Mauer eines Hafendamms, mit einer mit Durchlässen versehenen Hauer, die auf der Seite der Dünung-Wasserfläche und in einem Abstand von der massiven Mauer errichtet ist, welcher Abstand einem v/es entlichen. Bruchteil der Wellenlänge von starken Sturmwellen entspricht. (Zum Begriff des wesentlichen Bruchteils vergleiche im folgenden die Erläuterungen zu Fig. 1.)

Es sind Vorrichtungen zum Schutz gegen den Wellengang bekannt. Diese Vorrichtungen sind für Bauwerke nach Art von Deichen oder Wellenbrechern bestimmt, oder auch für Bauwerke im Meer. Sie weisen vor einer massiven Wand und etwa parallel zu dieser auf der Seite der Dünungs-Wasserfläche eine andere mit zahlreichen Durchlässen versehene Wand auf, wobei diese Durchlässe ober- und unterhalb des mittleren Niveaus der Dünung liegen. 4098 83/0339

Ra/Rg.

Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandersheim. Kto.-Nr. 22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 6B715

Die beiden wände bilden so eine Art Caisson oder Senkkasten, v/elcher durch die erwähnten Durchlässe hindurch mit der Dünungs-Wasserfläche in Verbindung steht und in dem folglich die Wasserhöhe abhängig von den Schwingungen des Seegangs schwankt.

Durch eine geeignete Bemessung, der Breite des Senkkastens und der Abmessungen der Durchlässe der mit Durchlässen versehenen Wand bewirkt eine solche Vorrichtung die teilweise Umwandlung der kinetischen Energie der Wellen in andere Energiearten sowie ein Au3ertrittbringen der reflektierten Wellen, so dai3 die Erscheinung der Addition der Amplituden von einfallender und reflektierter Welle abgeschwächt werden kann. Diese Addition kann sonst zu Vellenhühen führen, die wegen der in ihnen enthaltenen Energien sehr gefährlich sind.

Zum Beispiel erzeugt bei einer ebenen Mauer, der keine mit Durchlässen versehene Hauer zugeordnet ist und die demzufolge direkt den Wellengang ausgesetzt ist, ein einfallender Wellengang mit zur Ebene der Hauer parallelen Veileiifronten und einer zu dieser Mauerebene senkrechten Geschwindigkeit durch seine Reflexion eine Kabbelsee (von der Art stationärer Wellen), deren Wellenlänge gleich derjenigen der einfallenden Wellen, deren Amplitude aber doppelt so groß ist.

Der Reflexionskoeffizient R ist also theoretisch 100;'ά, wobei für R die Gleichung angesetzt wird

Amplitude des Wellengangs vor der Hauer -1

Amplitude des Wellengangs im Unendlichen

Versuche in einem Becken ergeben für R einen Wert von etwa 90^u.

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Wenn man in der beschriebenen V/eise einer massiven Mauer eine mit Durchlässen versehene Hauer vorschaltet, muß die Welle durch die Durchlässe zur massiven I-lauer hin durchtreten und dann von dort wieder hinaus zur ; Dünungs-Wasserfläche gelangen. Dadurch v/ird die Reflexion behindert und gestört, und der Koeffizient Fi fällt beträchtlich, wobei gleichzeitig die Kräfte auf die i-lauer abgeschwächt werden. Dabei v/ird der Koeffizient R umso mehr verringert, je mehr die Wellenlänge lambda des Wellengangs sich - jedenfalls in einem gewissen Intervall (vgl. Fig. 1) - dem horizontalen Abstand zwischen der massiven und der mit Durchlässen versehenen Mauer nähert. Dieser Abstand kann auch als die Breite 1 des Senkkastens bezeichnet werden. Deshalb gibt man zum Schutz gegen starke Sturrawellen, deren Wellenlängen in der Größenordnung von 90 m bei Wellenhöhen von 7 bis 8 m liegen, dem Senkkasten oft eine Breite von 18 m, was einem Fünftel der Wellenlänge entspricht.

Bislang war man vor allem bestrebt, mittels einer mit Durchlässen versehenen Wand die durch Reflexion geförderte Bildung sehr hoher Wellen gegen ein Bauwerk" zu vermeiden, wobei im wesentlichen angestrebt wurde, das Bauwerk zu schützeno Es hat sich aber gezeigt, daß beim Bau von Hafenbecken andere Faktoren Bedeutung erlangen.

Zum Beispiel hat sich bei Versuchen gezeigt, da>3 bei Wellenlängen, die etwa das Doppelte der Senkkastenbreite betragen, die vorteilhafte Wirkung des Senkkastens auf den Koeffizienten R praktisch zu Null werden kann.

Hierbei zeigt sich nämlich, daß die Kabbelsee praktisch

die
dieselbe Große hat, wie wenn nur^massive M auer vorhanden wäre. Im Senkkasten ergibt sich dann eine gleichförmige Schwingung, bei der sich das Wasser vertikal und periodisch längs der massiven Hauer und längs der mit Durchlässen versehenen Hauer verschiebt, wobei die Schwingungsbäuche nahe bei den Mauern liegen und ihre Knoten in etwa gleichem

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Abstand von den beiden Hauern. Die "wirkung der Mit Durchlässen versehenen Hauer wird dabei zu Null, und das Ganze läuft ab, als sei diese zusätzliche Hauer nicht vorhanden.

Zeichnet man die Kurve des Reflexionskoeffizienten R als Funktion des Verhältnisses von Wellenlänge lambda zur Breite 1 des Senkkastens, so ergibt sich ungefähr der Verlauf gemäi3 Fig. 1 der beigefügten Zeichnung, wobei sich ein Minimum bei lambda :1 = 4...5 ergibt. Man sieht also, daß ein Senkkasten mit einer Breite von ca. 15 πι flir starke Sturnwellen wirksam bleibt, welche eine große "wellenlänge haben, bei kurzen Wellen aber relativ wirkungslos wird.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sowohl lange wie kurze Wellen abgeschwächt werden können.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Vorrichtung erreicht durch mindestens eine zweite mit Durchlässen versehene Mauer, welche im Zwischenraum zv/isehen der ersten mit Durchlässen versehenen Hauer und der massiven Hauer angeordnet ist. Dabei geht man mit besonderem Vorteil so vor, daß die zweite mit Durchlässen versehene Hauer in der Mitte des Zwischenraums angeordnet ist. Die Erfahrung zeigt, daß der Reflexionskoeffizient eines solchen Systems für kurze wellen von ..90Ji fällt auf 10...20&.

Die Erfindung findet eine sehr wichtige Anwendung beim Schutz von Hafenbecken, und zwar einmal beim Bau, wenn das Becken für die von der hohen See kommenden Wellen weit geöffnet ist, und auch nach der Fertigstellung, um das Phänomen der Beugung der Sturmwellen zwischen den Holenköpfen zu bekämpfen. In einem Hafen kann "die Kreuzsee *■ infolge der Reflexion an den Hafenmauern oder Hafendärnmen '

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für die Manöver der Schiffe, insbesondere der Schlepper, sehr störend sein. Beträgt z.B. der Reflexionskoeffizient 80?;>, so ergibt ein Seegang mit 2 m «ellenhohe (von Wellental bis Wellenspitze gemessen) durch Reflexion eine Kreuzsee mit einer Wellenhöhe von 3,60 m, was die Schiffe mit kleiner Tornage lahmlegt; kann _; dagegen der Reflexionskoeffizient auf 20^ abgesenkt ■ werden, wie das durch die Erfindung innerhalb eines ! Hafens möglich ist, so hat der reflektierte Seegang ;■ nur noch eine Höhe von 2,4 m, was Schiffsmanöver möglich '■ macht. ι

¥eitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen ^: der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner : Weise als Einschränkung zu verstehenden Ausführungsbeispiel. Es zeigen: ^:

Fig. 1 ein zur Erläuterung dienendes Schaubild, auf das in der Beschreibungseinleitung Bezug genommen ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei mit Ausnehmungen versehenen Wänden, und

Fig. 3 eine Draufsicht von oben auf ein Hafenbecken, welche die Anwendung der Erfindung zum Schütze eines Hafenbeckens erläutert.

Fig. 2 zeigt eine massive Hauer 1, z.B. die Mauer eines Wellenbrechers oder eines Hafendamms. Dieser Hauer 1 = ist eine zu ihr etwa parallele Mauer 2 zugeordnet, in ; welcher zahlreiche Durchlässe 3 vorgesehen sind. Diese Mauer 2 ist in einem Abstand 1 von der Mauer 1 auf der ; Seite der Dünungs-Wasserfläche angeordnet. Beide Hauern 1 und 2 sind auf einem gemeinsamen Fundament 5 errichtet und bilden so eine Art Senkkasten oder Caisson.

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Die Mauer 2 kann eine Dicke in der Gr öl3 enordnung von
0,5....1,0 ra haben, und die Durchlässe 3 können Durchmesser -in der GrÖßenordnung von 0,8 m haben. Der Abstand zwischen s den Mitten der Durchlässe wird zweckmäßig so gewählt, ; daß die Querschnittsfläche der Durchlässe 3 etwa 30% - j

der Mauerfläche beträgt. j

Wenn man den Abstand 1 (vgl. Fig. 2) in der Größen- \

Ordnung von 13 m oder höher wählt, kann man den \

Reflexionskoeffizienten beträchtlich senken, der !

auftreten würde, wenn die Hauer 1 direkt dem Seegang \ ausgesetzt wäre, d.h. wenn die Hauer 2 nicht vorhanden wäre.

Dies gilt für Wellen starker Stürme, Vielehe Wellenhöhen I (Vom Wellental zur Wellenspitze gemessen) von 7....2Om

und Perioden von 8...12 see. haben. _;

In dem Zwischenraum zwischen den Mauern 1 und 2
wird erfindungsgemäß eine zweite mit Durchlässen versehene
Hauer 4 angeordnet, die parallel zu den Hauern 1 und 2
verläuft und auf demselben Fundament 5 errichtet ist. _; Diese Mauer kann eine Dicke von derselben Größenordnung \ wie die Hauer 2 sowie Durchlässe derselben Größenordnung und derselben Verteilung aufweisen. Diese zweite
Lochmauer 4 wird vorzugsweise in der Mitte des Zwischenraums 1 angeordnet, d.h. an der Stelle der stationären
Knoten, welche sich dann im Senkkasten bilden, wenn die
Wellenlänge der Dünung der Breite des Senkkastens entspricht oder doppelt so groß ist wie diese.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Erfindung, nämlich durch die zweite Lochmauer 4, auch bei kleinen Wellen eine
wesentliche Minderung des Reflexionskoeffizienten erreicht
w^erden kann, was ganz erhebliche Vorteile mit sich bringt. Dies gilt für alle Wellenlängen der einfallenden Wellen.

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Wenn z.B. die mittlere Hauer 4 nicht vorhanden wäre, hätte man einen Reflexionskoeffizienten von etwa 37# bei Wellenlängen lambda in der Größenordnung von 2 1, während durch die mittlere Mauer 4 dieser Koeffizient wesentlich gesenkt werden kann, und zwar auf etwa I6ja bei lambda : 1 = 2 und auf etwa 1OJd bei lambda : 1 =4; diese Werte wurden bei Versuchen im Becken ermittelt.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft im Inneren eines Hafenbeckens. Zum Beispiel zeigt Fig. 3 einen Hafen, der längs einer Küste a-b- errichtet worden ist, und der durch Deiche c-d, e-f-g-h begrenzt ist; bei d-e ist eine ziemlich große Einfahrt vorgesehen, die auch die Durchfahrt sehr großer Schiffe ermöglicht. Diese Einfahrt, welche der hohen See zugewandt ist, erlaubt den Einfall von Wellengang in der Richtung der in Fig. 3 eingezeichneten Zeile. Man erkennt ferner, daß die Reflexionen dieser Wellen, die im Hafenbecken längs der Hafenmauer c-h und des Deichs g-h stattfinden können, sehr störend sein können - selbst bei kleinen Wellen -, denn sie erzeugen im Hafen eine Kabbelsee, welche die Schiffsmanöver beeinträchtigt, insbesondere die der Schlepper. Deshalb findet die Erfindung hier im Hafeninneren an den Reflexionen erzeugenden Seiten eine besonders vorteilhafte Anwendung. Im vorliegenden Fall wird die Erfindung angewendet längs der Hafenmauer c-h und längs des Deiches g-h. Man errichtet also im Hafenbecken längs der Hafenmauer c-h und des Deichs g-h das oben beschriebene System mit zwei mit Durchlässen versehenen Hauern 2, 4, wobei der so gebildete Senkkasten auf seiner Oberseite geschlossen werden kann,, um eine zusätzliche Verkehrsfläche zu erhalten.

Falls zuerst der Deich efgh errichtet wird, ist ein eri'indungggemäß er Senkkasten auf der Strecke g-h besonders nützlich, um das Hafenbecken gegen eine Kabbelsee zu schützen, solange der Deich, c-d noch nicht errichtet ist.

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Selbstverständlich können die der offenen See zugewandten Abschnitte der Deiche c-d und e-f-g-h ebenfalls gejen den Wellengang geschützt werden, wobei man dann in der eingangs beschriebenen ¥eise nur eine einzige mit Durchlässen versehene Hauer verwendet, die sich außerhalb des Hafenbeckens befindet. Hierbei handelt es sich dann aber vor allem um den Schutz der Deiche gegen die Energie von starken Sturmwellen, wobei im allgemeinen eine einzige mit Durchlässen versehene Hauer genügt, obwohl man naturgemäß auch hier gemäi3 der Erfindung zusätzlich eine mit Durchlässen versehene Zv/ischerunauer vorsehen kann.

Patentanwälte

Dipl.-lng. Horst Rose Dipl.-lng. Peter Kosel

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Claims (1)

1. DIPL-ING. HORST RdSE DIPL.-ING. PETER KOSEL

   3353 Bad Gandereheim, 1 3 · Juni 1

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   S Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim

   Unsere Akten-Nr. 2?'49/4

   CG·. DORIS (Compagnie Generale pour les Developpements Operationnels des Richesses Sous-marines) Patentgesuch vom 13. Juni 1974

   Patentansprüche

   Vorrichtung zur Abschwächung des "Wellengangsin der Nähe einer massiven Hauer, z.B. der Mauer eines Haf endaxmns, mit einer mit Durchlässen versehenen !lauer, die auf der Seite der Dünungs-Vasserfläche und in einem Abstand von der massiven Mauer errichtet ist, welcher Abstand einem wesentlichen Bruchteil der !/ellenlange von starken Sturmwellen entspricht, gekennzeichnet durch mindestens eine zweite mit Durchlässen versehene Mauer (4), welche'im Zwischenraum zwischen der ersten mit Durchlässen (3) versehenen Mauer (2) und der massiven Hauer (1) angeordnet ist.

   2. 'Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite mit Durchlässen versehene Mauer (4) in der Mitte des Zwischenraums angeordnet ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (1) des Zwischenraums mindestens 13 m beträgt.

   4. Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Schutz eines einem Haienbecken zugeordneten Hafendamms oder einer ditto Hafenmauer.

   5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung im Inneren des Hafenbeckens angeordnet ist, und dort die Kabbelseen zu vermindern, welche durch die Reflexion der"Wellen an den Innenseiten der das Hafenbecken begrenzenden Mauern entstehen. Patentanwälte

   Dipl.-Ing. Horst Rös· 4 0 98 8 3 / 0 3 3 9 Dipl.-Ing. Peter Koeel

   Bankkonto:Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandershelm, Kto.-Nr.22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715 Ra/Rg. 970