Programm "TRASSE"

Projektierung von Fahrrinnen in Kanälen oder in nicht fließenden Gewässern

Bild 1: Blick auf die UHW - Flusshavel

Für die Projektierung von Kanälen bzw. von Fahrrinnen in nicht fließenden Gewässern existieren in der Wasserstraßenverwaltung „Richtlinien für Regelquerschnitte von Schifffahrtskanälen“ die mit dem BMV- Erlass BW24/BW23/BW28/52.05.00/16/VA94 im Jahr 1994 einge-führt wurden. Im Rahmen der Planungsarbeiten für das Verkehrsprojekt Deutsche Einheit Nr. 17 (VDE 17), dem Ausbau der Wasserstraßen zwischen Hannover und Berlin zu einer Wasserstraße der Klasse Vb, stellte sich schnell heraus, dass sich die Ausbauziele der Richtlinie nicht durchsetzen lassen. Große Teile der auszubauenden Wasserstraße verlaufen durch natürliche Flusslandschaften in Naturschutz- bzw. FFH- Gebieten bzw. durch das Berliner Stadtgebiet, in dem die Bebauung bis an die derzeitigen Ufer heran reicht. Diese Randbedingungen erfordern es, dass die künftigen Fahrrinnen im Wesentlichen dem jetzigen Verlauf der Fahrrinne folgen müssen, wodurch die angestrebten Mindestradien von 600 m in Krümmungen nicht eingehalten werden können. Aus diesem Grund mussten mit Planungsbeginn des VDE 17 neue Trassierungswerkzeuge entwickelt werden.

Zielstellung der Software

Auf Grund der örtlichen Gegebenheiten innerhalb des auszubauenden Streckenabschnitts des VDE 17 ergaben sich folgende Anforderungen an das zu entwickelnde Trassierungsverfahren:

• Bemessungsschiffe sind der 185 m lange Schubverband, das 110 m lange Großmotorschiff und das 85 m lange Europaschiff.
• Es müssen Fahrrinnenradien von der Geradeausfahrt bis zu Radien von 200 m berücksichtigt werden können.
• Die Berücksichtigung der fahrdynamischen Unterschiede und der damit verbundenen Auswirkungen auf die Fahrspurbreiten bei den Kurvenein- und Ausfahrten, insbesondere bei Kurven mit kleinen Radien, Kurven mit geringen Zentriwinkeln und Wechselbögen, muss sichergestellt sein.
• Das Verfahren musste schnell verfügbar und leicht anwendbar sein.
• Die Ergebnisse der Trassierung sollen sich in dem CAD- System der Wasserstraßenverwaltung MicroStation integrieren lassen.

Theoretische Grundlagen des Verfahrens

Bild 2: Berechnung der Fahrspurbreite nach Graewe

Bild 3: Gemessenen Driftwinkel

Bild 4: In Cf-Werte überführte Driftwinkel

In den eingangs genannten Richtlinien für Regelquerschnitte von Schifffahrtskanälen setzen sich die Fahrrinnenbreiten aus den Fahrspurbreiten der Bemessungsschiffe und den Sicherheitsabständen zwischen den Schiffen und zu den Ufern zusammen. Sowohl für die Sicherheitsabstände als auch für die Fahrspurbreiten der Schiffe in der Geradeausfahrt werden dabei feste Werte vorgegeben. Für Krümmungen mit Radien unter 2000 m werden die Fahrspurverbreiterungen nach der Formel von Graewe (veröffentlicht in der Zeitschrift Bautechnik 1/1971) berechnet. Diese Formel sieht wie folgt aus.
??? (Formel fehlt noch)

Dabei sind:
B1 – Fahrspurbreite [m]
R – innerer Kurvenradius [m]
L – Schiffslänge [m]
B – Schiffsbreite [m]
β – Driftwinkel [grad]

Ergänzend zu dieser Rechenvorschrift werden für den Radienbereich zwischen 600 m bis 2000 m Driftwinkel vorgegeben, die in die Formel einzusetzen sind.

Bedingt durch die Anforderungen der Planung des VDE 17 im Stadtgebiet Berlin, bei der die angestrebten Mindestradien von 600 m deutlich unterschritten werden mussten, wurde das Verfahren TRASSE entwickelt. Das Verfahren TRASSE beruht im Grundsatz wie die Graewe-Formel auf dem Satz von Pythagoras.

Wie in Bild 2 erkennbar, wird ein rechtwinkliges Dreieck aufgespannt, bei dem sich der rechte Winkel Außenbords an der Position des taktischen Drehpunktes, das ist der Punkt, an dem die seitliche Anströmung auf den Schiffskörper die Richtung wechselt, befindet. Die spitzen Winkel liegen im Zentrum des Drehkreises bzw. im Heck des Schiffes. Bis auf die gesuchte Fahrspurbreite B1 folgen fast alle Parameter aus der Schiffs- oder Kurvengeometrie. Der Driftwinkel, mit dessen Hilfe der Abstand zwischen Heck und der Position des taktischen Drehpunktes berechnet wird, kann durch Naturmessungen bestimmt werden.

Diese Berechnung nach der Graewe-Formel lässt sich vereinfachen, in dem man einen dimensionslosen Koeffizienten Cf einführt, der multipliziert mit der Schiffslänge ebenfalls den Abstand zwischen Heck und Position des taktischen Drehpunktes ergibt.
??? (Formel fehlt noch)

Im Rahmen der Modellentwicklung wurde eine Vielzahl von fahrdynamischen Naturuntersuchungen durchgeführt, bei denen mit unterschiedlichen Schiffstypen und Beladungszuständen in Abhängigkeit der Kurvenradien die zugehörigen Driftwinkel gemessen wurden (Bild 3). Anschließend wurden die Driftwinkel in die dimensionslosen Cf- Wert überführt, wobei man feststellen konnte, dass der Koeffizient vom gefahrenen Radius unabhängig ist (Bild 4). Dies gilt bis zu einem kleinsten gefahrenen Radius von einer Schiffslänge.