Editorial

Im Archiv der Vorgängerzeitschriften von TEC21 wurden bis in die 1950er-Jahre die im Heft beschriebenen Bauwerke registriert und in Kategorien abgelegt: von Autobahnen bis zu Zahnradbahnen, jeweils von A–Z sortiert und katalogisiert. Aber auch die Registerkarte «Verschiedenes» ist zu finden. Hier sind besondere Bauaufgaben abgelegt, die in Nutzung oder Bauart zu speziell sind, als dass sie mit anderen vergleichbaren Objekten einer eigenen Kategorie hätten zugeordnet werden können. Als Beispiele seien etwa die filigranen Gewölbereihen-Pfeilerstaumauern von Robert -Maillart erwähnt oder auch die in Spritzbeton erstellten Motorschiffe von Conrad Zschokke.

Wenn das Archiv in der beschriebenen Form heute noch fortgeführt würde, gäbe es weiterhin interessante Einträge in der Rubrik «Verschiedenes». Einen Beitrag zur Fortsetzung dieser fiktiven Kartei der ungewöhnlichen Bauwerke möchten wir mit dem vorliegenden Heft leisten. Dabei geht es weniger um Entwurf und Ausführung der Bauwerke an sich als um deren spezielle Nutzung.

Die ab Seite 20 vorgestellte Konstruktion der Halle in Gaissach bei Bad Tölz (D) ist durchaus innovativ und interessant, einzigartig ist aber ihr Verwendungszweck als Simulationshalle für Berg- und Luftrettungseinsätze. In dieser Halle können die Einsatzkräfte der bayrischen Bergwacht nun unabhängig von der Witterung und ohne die Nutzung von echten Rettungshelikoptern Rettungsaktionen trainieren.

Beim zweiten präsentierten Bauwerk, einem Trockendock, ist das Prinzip altbekannt, die Nutzung im konkreten Fall aber speziell: Statt Schiffen werden – wie 1986 die hohlen Pfeiler für das Oosterschelde-Sturmflutwehr in den Niederlanden – Bohrinseln im Trockenen zusammengebaut und anschliessend mit Schleppern an ihren Einsatzort gebracht. Ein Schweizer Ingenieurbüro baute das Objekt in Abu Dhabi. Die Bohrinseln, die bisher an Land erstellt und anschliessend ins Meer gezogen wurden, können darin unabhängiger von der Witterung und logistisch einfacher zusammengebaut werden.
Weniger spektakulär, in der Ausführung aber ebenfalls anspruchsvoll ist die Erweiterung des Felslabors Mont Terri im Jura um einen zusätzlichen Stollen. In dieser Anlage wird im Auftrag des Bundes erforscht, inwieweit sich Opalinuston zum Bau eines geologischen Tiefenlagers für radioaktive Abfälle eignet. Um ein Quellen des Tons zu verhindern, musste der 2008 fertiggestellte neue Laborstollen trocken gefräst werden.

Die beschriebenen Bauwerke sind sehr unterschiedlich. Sie widerspiegeln die Vielfalt der Anforderungen, die die technische und gesellschaftliche Entwicklung an dasIngenieurwesen stellt, und zeigen, wie individuell und «verschieden» diese Bauaufgaben erfüllt wurden.

Inhalt

05 WETTBEWERBE
Kaspar-Diener-Förderpreis 2008

08 MAGAZIN
Erneuerung oder Neuinterpretation? - Reaktionen zum Wettbewerb Sälischulhaus Olten | Öffentliche Aufgabe - offenes Verfahren: 1. Forum der Stiftung Forschung Planungswettbewerbe | Las Vegas' duale Ästhetik

20 DRAUSSEN IN DER HALLE
Katinka Corts
Wetterunabhängig Berg- und Lufteinsätze trainieren: Die weltweit erste Simulationshalle für Helikopter bei Bad Tölz (D) ermöglicht mehr Sicherheit und vermindert Lärm und CO2-Emissionen.

24 INS TROCKENE BRINGEN
Tobias Gerber
In Abu Dhabi am Persischen Golf ist seit 2007 ein Trockendock für die Erstellung von Bohrinseln in Betrieb. Die erste wurde 2008 erfolgreich ins Wasser gezogen, an der zweiten wird derzeit gebaut.

27 UNTER TAGE FORSCHEN
Paul Bossart et al.
Radioaktive Abfälle: Die Forschung der letzten zehn Jahre in einem Teil des Sicherheitsstollens des Mont-Terri-Autobahntunnels hat gezeigt, dass sich Opalinuston grundsätzlich zur Lagerung eignet.

32 SIA
Beitritte zum SIA im 4. Quartal 2008 | Vernehmlassungen zur Norm SIA 118 und zur Vornorm SIA 118 / 274 | Tagung zum Thema Bauwesen und Tourismus

37 PRODUKTE

45 IMPRESSUM

46 VERANSTALTUNGEN

Draussen in der Halle

In der weltweit ersten Simulationshalle für Helikopter in Gaissach bei Bad Tölz (D) können Rettungskräfte wetterunabhängig Berg- und Lufteinsätze trainieren. Das bedeutet: weniger CO2-Emission der Helikopter, weniger Lärm und mehr Sicherheit.

Für Rettungseinsätze an schwer erreichbaren Orten muss das Team gut eingespielt und trainiert sein. Bislang führte die bayrische Bergwacht die etwa 100 dafür notwendigen Trainingstage im Freien durch. Bei diesen teuren Übungsstunden gab es jedoch immer wieder Probleme: Der Helikopter wurde zum Notfalleinsatz abgerufen, oder die Wetterbedingungen verhinderten die Durchführung einer Übung, sodass die ehrenamtlichen Retter abreisen mussten, ohne zum «Einsatz» gekommen zu sein. Eine weitere Einschränkung stellt die kontingentierte Flugzeit der Maschinen und der Piloten dar. Da die Helikopter etwa alle 2.5 Stunden nachgetankt werden müssen, wurden die Übungen dauernd unterbrochen. Auch der benötigte Treibstoff war ein Entscheidungsfaktor: Die Helikopter verbrauchen im Freien durchschnittlich 350 Liter Kerosin pro Trainingsflugstunde, und das bei einem Trainingsvolumen von 3300 Flugstunden pro Jahr. Die Bergwacht strebte daher die Simulation der Helikopterflüge in einer Hallenanlage an, um die Ausbildungs- und Trainingsstruktur zu verbessern.

Weltweit erste Flughalle für Simulationshelikopter

Als Bauort wurde ein Grundstück in Gaissach bei Bad Tölz gewählt, das nahe an den Bergen liegt und dank der Infrastruktur gut erreichbar ist. Mit dem Projekt wurden die Münchner Architekten Herzog Partner betraut. In Zusammenarbeit mit der Bergwacht entwickelten sie ein Gebäude, das für Schulungs- und Trainingszwecke der Bergwacht genutzt werden kann, in dem aber auch Einsatzgruppen anderer Rettungsorganisationen wie Wasserwacht, Feuerwehr und Polizei realitätsnah trainieren können. Dazu stehen ein stationärer sowie ein beweglicher Simulationshelikopter zur Verfügung. Der steuerbare Helikopter ohne Rotorblätter läuft an einer Krananlage, der stationäre für das Grundtraining an der Helikopterzelle befindet sich auf einem Übungsturm.

Training in der Halle

In den Übungen an der beweglichen Zelle können sich Rettungsleute abseilen, Opfer werden mit der Winde geborgen, und am Boden lassen sich verschiedene Situationen trainieren. Der Parcours auf dem Boden soll in den nächsten Jahren erweitert werden. Die Übungen in der Helikopterzelle wirken sehr realitätsnah, da die Zellen an der Aufhängung «frei» durch die Halle gesteuert werden können. In der Halle befinden sich in etwa 16 m Höhe entlang der Längsseite Kranbahnträger, die ihre Lasten über Konsolen an die Stützenfachwerke abgeben. Sie wurden für den Betrieb von bis zu drei Portalkrananlagen mit einem Gewicht von je 28 t ausgelegt. Die Kranbrücken sind das Rückgrat der Anlage, haben jeweils eine Spannweite von 25 m und bewegen sich in Längsrichtung durch die Halle. Sie werden über frequenzgeregelte Antriebe bewegt und können daher stufenlos in ihrer Geschwindigkeit gesteuert werden. Auf den Brücken läuft in Hallenquerrichtung die Krankatze mit Hubwerk und Drehvorrichtung. Um die Lärmentwicklung durch die Bewegungen der Kranbrücken auf den Kranbahnträgern zu minimieren und um die Kranbahnschienen feinjustieren zu können, wurden diese Schienen auf Elastomeren gelagert verschraubt.

In der Helikopterzelle stehen zur Steuerung nachgebaute Originalinstrumente zur Verfügung. Es können Höhe, Fahrtrichtung und -geschwindigkeit sowie Schräglage gesteuert werden. Sensoren liefern Informationen zur Bewegung an ein Datenmodell der Anlage, und diese setzt die Bewegungsanforderungen nur dann um, wenn dadurch keine Kollision mit den anderen Anlagen entsteht. Nach den ersten Betriebsmonaten wird die Anlage mit höherer Geschwindigkeit betrieben, auch die Freiheitsgrade für die Helikopter werden schrittweise gesteigert. Sämtliche Komponenten der Kranbrücken und der Aufhängungen verfügen über die erforderlichen Leistungsreserven. Tragende Teile haben mindestens doppelte Festigkeitswerte, und sicherheitsrelevante mechanische Bauteile wie die Bremsanlage sind doppelt vorhanden.

Um die reale Stresssituation nachzustellen, wurde die Anlage mit weiteren Besonderheiten ausgestattet. Zum Beispiel kann der Abwind, der durch die Rotorblätter erzeugt wird, simuliert werden. In den Bereichen, in denen sich die Einsatzkräfte während der Übung aufhalten, sollen möglichst hohe Windgeschwindigkeiten herrschen. Oberhalb der Helikopterzelle wurden Windgeneratoren angebracht, von denen jeder bei 7.5 KW Leistungsaufnahme ein Strömungsvolumen von 72 000 m³/h bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 60 km/h im Dauerbetrieb liefert. Zudem können über eine Lautsprecheranlage oder die Kopfhörer der Einsatzkräfte Rotoren- und Turbinengeräusche so eingespielt werden, wie es die jeweilige Trainingsaufgabe und Situation erfordert. Auch Blendungen entstehen beim Übungseinsatz ähnlich wie in der Realität, da die transparenten Wände das Sonnenlicht ungehindert durchlassen. Zusätzlich werden Stroboskopblitzer eingesetzt, die in Intensität und Frequenz geregelt werden können, um flackerndes Licht zu simulieren. Diese optische Störung entspricht in etwa dem Lichteffekt, der entsteht, wenn Sonne zwischen den Rotorblättern auf die Unfallstelle scheint. Die komplette Halle ist nicht beheizt, nur die Helikopterzellen, der Kontrollraum und die Basislager können temperiert werden. Die Anlage wird in den Wintermonaten schwere und warme Kleidung sowie Handschuhe erforderlich und damit das Training realitätsnaher machen.

Tragwerk und Fassade

Das Hallentragwerk ist wegen der Gebäudehöhe von fast 20 m hohen Windkräften ausgesetzt. Zusätzliche besondere Lastfälle für die Konstruktion entstehen durch die Bewegung der Helikopter entlang der Kranbahnen. Fünf räumliche, in ihrem Querschnitt dreieckige Fachwerkträger sind die Haupttragelemente der Stahlkonstruktion, Fassade und Dach lasten auf dem Zweigelenkrahmen. Die Stirnseiten der Halle bestehen jeweils aus zwei Ebenen, die biegesteif miteinander verbunden wurden. So entstand für Windlasten eine Tragwirkung als Vierendeelträger. In der Mitte der Längs- und der Stirnseiten der Fassade wurden horizontale Festpunkte gewählt, die die horizontalen Lasten an den Massivbau abgeben. Alle anderen Auflagerpunkte wurden in Längsrichtung der umlaufenden Wände verschiebbar gelagert, sodass horizontale Bewegungen des Tragwerks infolge Temperatureinwirkungen möglich sind.

Da die Bergwacht im Gebäude unter realitätsnahen Klimabedingungen trainieren wollte, wurde für die Fassade nur eine hochtransparente Folienkonstruktion verwendet. Diese dient als Wetterhaut, aber kaum als thermische Trennung. Die 0.3 mm starke transparente Folie wird in einem Stahlrahmen gehalten und durch Bögen nach aussen ausgelenkt, wodurch sie ihre geometrisch notwendige Steifigkeit erhält (s. Kasten S. 22).

Ausbau in den nächsten Jahren

Seit 2008 läuft der Trainingsbetrieb, und die Anlage erfüllt nach Angaben der Betreiber deren Erwartungen. Für den weiteren Ausbau des Trainingsparcours sind in einem weiteren Bauabschnitt ein Wasserbecken mit Wellen- und Strömungsanlage und eine alpine Fels- und Hügellandschaft mit Wasserrutsche für Übungen der Canyoning-Rettungsgruppen geplant. In die Felslandschaft sollen kurze Höhlengänge integriert werden. Auch ein kleines Haus soll in der künstlichen Landschaft stehen, an diesem können dann Rettungen über Dach, Balkon und Fenster trainiert werden. In einem weiteren Ausbauschritt soll der Parcours um eine Liftanlage mit Sesselliften und Kleinkabinen, einen Strommast und einen Baukran für Bergungsübungen erweitert werden.

TEC21, Fr., 2009.01.30

30. Januar 2009 Katinka Corts-Münzner

Ins Trockene bringen

Das Schweizer Ingenieurbüro Heierli AG aus Zürich projektierte in Abu Dhabi am Golf von Persien ein Trockendock für die Erstellung von Bohrinseln. Seit Mai 2007 ist es in Betrieb, und im Frühling 2008 wurde eine erste Bohrinsel erfolgreich ins seichte Meer gezogen. Zurzeit wird im Dock die Tragkonstruktion einer zweiten Bohrinsel gebaut, und die dritte ist auf dem Gelände neben dem Trockendock in Vorbereitung.

Üblicherweise werden Bohrinseln an Land auf stabilem Grund erstellt und vor ihrer Konfektionierung und für den Transport an den Zielort ins Meer gezogen. Es ist komplex und aufwendig, solche Stahlgiganten von einem Steg aus oder über eine Rampe kontrolliert ins Meer zu ziehen. Der Planerschaft wurde nach einer ersten Evaluationsphase darum deutlich, dass ein Trockendock für den Bau und das spätere «Wassern» dieser Bohrinseln (Bild 2) gegenüber einer konventionellen Lösung an Land die bessere Lösung darstellt.

Das Ingenieurbüro Heierli AG wurde mit der Planung und Ausführung des Trockendocks beauftragt. Zudem galt es, eine Baustelle mit verschiedenen spezialisierten Unternehmungen, über 120 Mitarbeiter aus unterschiedlichen Kulturen sowie einen grossen Maschinenpark zu koordinieren und die geforderte Qualität zu überwachen. Das Trockendock ist mit seiner Breite von 82 m direkt am Ufer des Golfs von Persien gebaut (Bild 1), die Länge ins Landesinnere beträgt 125 m, und die Bodenplatte liegt rund 10 m unter dem Meeresspiegel. Das Dock musste in nur fünf Monaten in anspruchsvoller Geologie und salzhaltigem Grundwasser erstellt werden. Die klimatischen Bedingungen stellten eine weitere Herausforderung zur Gewährleistung der Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit dar.

Vorbereitungsarbeiten

Bevor das eigentliche Trockendock erstellt werden konnte, musste ein temporärer Damm im Meer aufgeschüttet werden. In diese Schüttung wurden Spundwandprofile gerammt und als rückverankerte Wand ausgebildet. Im Schutz dieser temporären Meeresabschottung wurden die Zugpfähle für die Bodenplatte ab bestehendem Terrain gebohrt (Bild 3). Sie verankern die mit hohen Auftriebskräften belastete Bodenplatte im Baugrund. Gleichzeitig wurden die Trockendockwände erstellt, die den Baugrubenabschluss darstellen: eine überschnittene, nicht verankerte Bohrpfahlwand, die als landseitige Dockumschliessung den effizientesten Schutz vor eintretendem Grundwasser infolge durchlässiger Bodenschichten bietet. Zusätzliche Schlitzwandelemente versteifen die Bohrpfahlwand ausreichend.

Für die Dimensionierung des Wandabschlusses mussten seitliche Auflasten für Krane von bis zu 500 kN/m2 (entspricht 50 t/m2) eingerechnet werden – ein Vielfaches der Flächenlasten von etwa 20 kN/m2, die bei Baugrubenabschlüssen mit üblichen Randlasten berücksichtigt werden müssen.

Konstruktion

Nach den Pfahlarbeiten begannen die umfangreichen Aushubarbeiten. Sobald lokal die Sohle erreicht war, wurden die ersten Teile der Bodenplatte etappenweise bewehrt und betoniert (Bild 5). Die Zugpfahlköpfe wurden vorgängig gestutzt, bearbeitet und kraftschlüssig und dauerhaft in der Bodenplatte verankert (Bild 6). Der Grundwasserspiegel liegt lediglich 1 m unter der Terrainoberfläche und 9 m über der Bodenplatte. Während der Bauphase wurde anfallendes Grundwasser im Dockinnern in einer offenen Wasserhaltung wirksam entspannt. Dazu wurde unter der Bodenplatte eine horizontale, leistungsfähige temporäre Drainageschicht eingebaut. Während des Dockbetriebes dringt eine geringe Restwassermenge durch die Tore ein (Bild 1). Dieses Restwasser wird in einem offenen Drainagesystem in die dafür vogesehenen Pumpensümpfe geleitet und von dort mit semiautomatischen Entwässerungspumpen ins Meer rückgeführt. Der meerseitige Abschluss erfolgte über die gesamte Breite mit acht 10 m hohen Stahlelementen (Tor), die in Aussparungen der Bodenplatte stehen (Bild 1). Die Torelemente sind geometrisch so konzipiert, dass sie alleine durch den Meerwasserdruck abdichten. Neben den Abdichtungslappen (Neoprenmatten), mit denen alle Elementfugen versehen sind, waren somit keine weiteren Abdichtungsmassnahmen am Tor erforderlich. Das Tor liegt an einer intensiv befahrenen Wasserstrasse und musste vor Schiffsanprallkräften geschützt werden. Dazu wurde meerseitig ein Anprallschutz über die gesamte Dockbreite angebracht und so verankert, dass er mit dem schwankenden Meeresspiegel (z. B. infolge der Gezeiten) mitschwimmt. Nach einem ersten Dichtigkeitstest der Stahlelemente (Bild 7) wurde die temporäre Spundwand (Meeresabschottung) etappenweise rückgebaut (Bild 8).

„Wassern“ der Bohrinseln

Sobald die Tragkonstruktion einer Bohrinsel erstellt ist – der Rohbau einer Bohrinsel im Trockendock dauert jeweils etwa acht Monate –, wird das Becken vollständig gereinigt und geflutet. Dazu werden die in den Stahlelementen eingebauten Schleusen geöffnet, bis der Wasserspiegel im Dockinneren dem aktuellen Meerwasserspiegel entspricht. Die Bohrinsel schwimmt dann, an Seilen gesichert, kontrolliert im Dock (Bild 10). Die Stahlelemente des Tores sind nun keinem Wasserdruckunterschied mehr ausgesetzt und können einzeln mit Mobilkranen aus dem Wasser gezogen werden. Die Bohrinsel wird für den weiteren Ausbau und für die Installationen mit einem Schleppschiff ins seichte Meerwasser gezogen und für die Überfahrt an ihren Zielort ausgerüstet. Die Stahlelemente des Tores werden einer Inspektion unterzogen, gewartet und anschliessend wieder in die entsprechenden, von Tauchern gereinigten Aussparungen versetzt. Das Dock wird danach mit zwei Hochleistungspumpen innerhalb von 36 Stunden (ca. 2800 m³/h, entspricht etwa einem mittelgrossen Bach) wieder entleert und für den Bau der nächsten Bohrinsel trockengelegt und gereinigt.

[Tobias Gerber, dipl. Bau-/ Wirtschaftsingenieur FH, Ingenieurbureau Heierli AG, Zürich]

TEC21, Fr., 2009.01.30

30. Januar 2009 Tobias Gerber

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