Ein Verständnis der Bedingungen extremer Wasserströme wird zu widerstandsfähigeren Infrastrukturen führen
Extremereignisse wie z. B. Sturmfluten an Küstenregionen oder Dammbrüche weiter im Landesinneren können zu gefährlichen, partikelhaltigen Strömungen führen, da das Wasser Trümmerteile direkt vom Boden oder von zerstörten Infrastrukturen mitnimmt. Die Trümmer werden daraufhin aufgrund der Strömung über beträchtliche Entfernungen verteilt. Die Erforschung der genauen Bedingungen jedoch, unter denen sich dies ereignet, und ein klares Verständnis davon, wie sich Trümmerbelastungen auf menschengemachte Strukturen auswirken, sind nach wie vor unzureichend. Das EU-finanzierte Projekt IMPLOADIS wurde ins Leben gerufen, um unter Verwendung experimenteller und nummerischer Methoden die Wissensbasis zu vergrößern. Das Team stellte in einem Labor basierend auf Dammbrüchen und sehr langen Wellen natürliche Strömungen nach. Ferner wurden innovative Techniken zur Messung der Trümmeransammlung und -verteilung angewandt, was in der Entwicklung von Methoden zur Trümmerverfolgung („Debris Tracking Methods“) mündete. Diese Arbeit hat Implikationen für Baukonstruktionen, die widerstandsfähig gegenüber Strömungen oder weggeschwemmten Trümmerteilen sowie Kollisionen mit mehreren Objekten sind. Bewältigung mit den richtigen experimentellen Techniken Projektkoordinator Dr. Nils Goseberg von der deutschen Leibniz Universität Hannover hebt hervor: „Untersuchungen an fließenden Objekten sind vor diesem Projekt, im Gegensatz zu robusten, unbeweglichen Strukturen, die Ausnahme gewesen. Dies ist zum Teil auf große Schwierigkeiten bei der Beobachtung der Objektbewegung, aber auch auf einen Mangel an Prüfanlagen zurückzuführen. Darüber hinaus wurde niemals zuvor die Kombination innovativer Instrumente auf diesem Gebiet versucht, da sich für die Forschung Risikoelemente ergaben, für die eine Notfallplanung unerlässlich war.“ Die Forschung war auf experimentelle Arbeit unter Verwendung Tsunami-ähnlicher Strömungen ausgerichtet, die erzeugt wurden, indem Reservoirs schnell geöffnet und gewaltige Strömungen freigesetzt worden waren. Das Wasser umhüllte daraufhin Objekte in seinem Weg und riss diese mit sich. Diese bildeten wiederum Trümmerteile, die verfolgt werden sollten. Mit der Hilfe eines schwedischen KMU konnte im Rahmen von IMPLOADIS zudem eine handelsübliche Funkwellentechnologie, die üblicherweise für das Tracking bei Sportausrüstung und Kaufverhaltensweisen eingesetzt wird, speziell zur Verwendung mit den Wasserströmungen angepasst werden. Mithilfe dieses Ansatzes konnten im Zuge des Projekts erstmals dreidimensionale Wasserströmungsmodelle für Schiffscontainer erstellt werden. Aufgrund der Komplexität war bei dieser Modellierung ein vielschichtiger Ansatz mit innovativen Instrumenten und optischen Methoden zur Verfolgung der Trümmerverteilung erforderlich. Dies stellte tatsächlich die größte Herausforderung für das Projekt dar. Dr. Goseberg erzählt: „Erstaunlicherweise stellten die variierenden Lichtbedingen einer experimentellen Anlage im Freien, die wir in Japan verwendeten, eine große Herausforderung dar, da sich dadurch die Analyse von Videobildern sehr schwierig gestaltete. Die Bedingungen konnten sich ohne Weiteres von einem Gewitter zu strahlendem Tageslicht ändern, sodass erhebliche Anpassungen der Algorithmen notwendig waren.“ Eine bessere Vorbereitung auf das Unbekannte Eines der wichtigsten Erkenntnisse des Projekts war, dass die Elastizität bei der Interaktion zwischen Struktur und Trümmerteil von entscheidender Bedeutung ist, um die Aufprallkräfte abschätzen zu können. Dr. Goseberg meint hierzu: „Dies deutet darauf hin, dass die Elastizität von Strukturen bei zukünftigen Konstruktionsrichtlinien für Gefährdungsgebiete berücksichtigt werden muss.“ Die vertieften Kenntnisse zu den Auswirkungen extremer Strömungsbedingungen, die bspw. während Naturkatastrophen auftreten, werden zur Entwicklung von Gebäuden und kritischen Infrastrukturen beitragen, die eine höhere Widerstandsfähigkeit haben. Die IMPLOADIS-Forschungsgruppe setzt ihre Arbeit an Methoden für die genauere Abschätzung von Stoßbelastungen fort. Zusammenfassend erklärt Dr. Goseberg: „Diese Forschung hat die Anzahl an Fragen, die wir zuvor hatten, wahrscheinlich verdoppelt, sodass ganz oben auf unserer Agenda vor allem die Untersuchung elastischer struktureller Auswirkungen mit neuen experimentellen Techniken steht.“
