Aktuelles aus dem Labor

CFD Simulation Schachtbauwerke in Zürich
Die Haupt Ingenieure GmbH hat die hydraulischen Nachweise für drei neue Schachtbauwerke in der Stadt Zürich erbracht. Neben der Modellierung stehen insbesondere die kritische Überprüfung und Optimierung solcher Bauwerke im Vordergrund. Der grosse Vorteil der CFD-Berechnung (Computational Fluid Dynamics) ist das 3D-Abbild der Strömungsprozesse des Wassers aber auch der Luft.

Optimierung Lenkbuhnen aus Holz
Im Rahmen des Projektes «Revitalisierung Limpachkanal Unterlauf» in Kräiligen (Gem. Bätterkinden) konnte die Haupt Ingenieure GmbH die dort vorgesehenen Lenkbuhnen aus Holz mittels eines physikalischen Modellversuches optimieren.
Ziel der Studie war es, den Wirkungsbereich von Lenkbuhnen aus Holz zu quantifizieren. Mit unseren Versuchen konnten wir den Einfluss von diversen Einbauparametern wie Einbauhöhe, Einbaubreite, Querneigung der Buhen etc. analysieren und auswerten. Die Versuche wurden mittels PIV (Particle Image velocymetry) effizient ausgewertet. Die Erkenntnisse aus dem Labor sind in die Realisierung direkt eingeflossen.

CFD Simulation Guisanplatz
Im Rahmen des Projektes Neugestaltung Haltestelle Guisanplatz in Bern konnte die Haupt Ingenieure GmbH zwei Sonderbauwerke der städtischen Kanalisation für das Tiefbauamt der Stadt Bern mittels CFD Simulation (Computational Fluid Dynamics) numerisch modellieren.
Die Simulationen visualisieren die Strömungsprozesse, wodurch kritische hydraulische Aspekte wie Rückstaueffekte, Wechselsprünge oder auch Wellenbildungen räumlich dargestellt werden. Daraus kann die Funktionstüchtigkeit der Sonderbauwerke quantifiziert und allfällige Optimierungen vorgenommen werden.

Flussaufweitung an der Sense – Initialisierungsprozess im Modell optimiert
In unseren Laborräumlichkeiten konnten wir Teile der geplanten eigendynamischen Flussaufweitungen an der Sense bei Oberflamatt mittels physikalischen Modells im Modellmassstab 1:32 nachbilden. Die zentrale Untersuchungsfrage bestand insbesondere darin, wie sich die Aufweitung in den ersten 10 bis 20 Jahren mit unterschiedlichen Initialisierungsmassnahmen entwickeln wird. Neben den Projektmassnahmen der initialen Baggerung (maschinelle Verbreiterung der Gerinnebreite) wurden auch künstliche Bankschüttungen, ELJ-Einbauten sowie Lenkbuhnen analysiert. Dabei kristallisierte sich die Lenkbuhne als eine äusserst effektive Massnahme für den Untersuchungsabschnitt heraus, die nun im Projektverlauf weiterverfolgt wird. Mittels der physikalischen Versuche konnte das Projekt massgebend analysiert und optimiert werden.

Modellversuch zur Emme bei Bätterkinden
Im Rahmen der Projektierung des Hochwasser- und Revitalisierungsprojektes "Emme Objekt 05" konnte in unserem Hydrauliklabor mittels Modellversuchen der Einfluss von Holzstrukturen (Einzelbaumstruktur mit Wurzelteller) auf den Abflussprozess untersucht werden. Ausserdem wurde geprüft, welche Auswirkungen die geplanten Holzstrukturen auf die Entwicklung der eigendynamischen Aufweitung haben. Die Untersuchungsfragen waren insbesondere darauf gerichtet, hinsichtlich Einbauanordnung, Einbaudichte und Einbauhöhe belastbare Aussagen tätigen zu können.

Hydraulischer Modellversuch als Puzzle-Stück für die Hochwassersicherheit in der Lenk im Berner Oberland.
Unser Berner Labor konnte mit einem hydraulischen Modellversuch dazu beitragen, dass die Entlastung des Plaine-Morte-Gletschersees im Sommer 2021 über den 2019 realisierten Eiskanal optimiert werden kann. Die Haupt Ingenieure GmbH hat den hydraulischen Verlustbeiwert von Holzwolle aus Schweizer Holz, FSC und PEFC zertifiziert quantifiziert und mit innovativen Optimierungsansätzen den hydraulischen Durchfluss durch das Naturprodukt Holzwolle massgebend gesteigert. Der Einbau der ökologischen Holzwolle im Eiskanal soll dazu beitragen, dass der Kanal im Winter nicht vollständig zuschneit und dadurch verstopft.

Das Bild zeigt den Einbau der Holzwolle (aus Schweizer Holz, FSC und PEFC zertifiziert) im Eiskanal.

Vermessung der Sohle mittels Fotogrammetrie
Unsere wasserbaulichen Strukturen können wir unteranderem mithilfe von Fotogrammetrie präzise vermessen. Dabei wird der Perimeter mit einer Kamera, die hochaufgelöste Bilder aufnimmt aus unterschiedlichen Positionen fotografiert, wobei zwischen 30 bis 100 Fotos erforderlich sind, damit ein aussagekräftiges Fotogramm erstellt werden kann. Eine Software generiert daraus im Anschluss ein 3D-Modell. Die abgebildeten Fotos visualisieren den Kolk in einer Kiessohle. Auf Basis der Netzvermaschung können je nach Anwendung anhand von Raster- oder Vektordaten jegliche Analysen und Auswertungen durchgeführt werden. Unsere Erfahrung in der Durchführung und Auswertung von fotogrammetrischen Aufnahmen von Kiessohlen zeigt, dass eine Genauigkeit (absolut) von ± 1mm erreicht werden kann. Neben der genauen Vermessung der Objekte resp. des Modells kann dank der Fotogrammetrie auch eine der Fragestellung angepasste Visualisierung erfolgen.

Sand, Kies und Geschiebe
Die Bewirtschaftung von flussbaulichen Modellversuchen mit Sand und Kies will gut durchdacht sein, damit ein Modellversuch erfolgreich realisiert werden kann. Die Kornmischung einer Gewässersohle muss mittels Siebanalyse exakt fraktioniert werden; zudem ist die akkurate Beschickung des Modells mittels Geschiebedosieranlage bei Geschiebeversuchen notwendig. Nach einem Modellversuch ist die nasse Kiesmischung ggf. wieder zu trocknen um diese bei einem weiteren Versuch der Dosieranlage beizugeben. Zurzeit erarbeiten die Haupt Ingenieure ein Konzept für eine Geschiebedosier- und Geschiebetrocknungsmaschine.

Testrinne
Hydraulische Modellversuche können sich auf ein konkretes Projekt beziehen (z. B. Uferbefestigung, Tosbecken, Sonderbauwerke in der Kanalisation, etc.). Es können aber auch allgemeine Frage- und Problemstellungen mittels Modellversuchen geklärt werden. Zur Bearbeitung von generellen Fragestellungen, wird in der Regel ein Rinnenversuch durchgeführt.

Das Labor der Haupt Ingenieure verfügt über eine 45 cm bereite Rinne, in welcher Grundlagenversuche effizient und ohne hohe Modellkosten aufgebaut und durchgeführt werden können. Bei umfangreicheren Versuchen wird die Rinne ggf. für Vorbereitungsversuche genutzt. Hier erfahren Sie mehr zu unserer Laboreinrichtung.

Die kurze Videosequenz zeigt, wie für einen Testversuch 20 l/s durch die Testrinne fliesst. Ein hydraulischer Wechselsprung, wie dieser sich beim Fliesswechsel von schiessendem ins strömende Regime einstellt, ist gut ersichtlich.