Dalben

Dalben, auch Duckdalben genannt, sind Pfähle, die in Wasserstraßen und Häfen in den Boden eingerammt werden, um Schiffen eine Möglichkeit zum Anlegen oder Festmachen zu geben.

Die Herkunft der Bezeichnung „Duckdalben“ ist unklar. Verschiedene Autoren sehen eine Verbindung zur niederländischen Sprache – duiken für tauchen - bzw. zum Herzog von Alba  - Duque de Alba -, der Pfähle in einen Hafen einrammen ließ, um eine größere Anzahl von Schiffen im Hafen unterbringen zu können. 

Dalben besitzen unterschiedliche Aufgaben: als Anlegedalben müssen sie auf Schiffsstoß bemessen werden, als Vertäudalben resultiert die Belastung lediglich aus dem Trossenzug.

Dalben können aus einzelnen Pfählen oder auch aus Pfahlbündeln bestehen. Früher wurden Baumstämme als Dalben verwendet, die in den Boden gerammt wurden. Heute werden zumeist Stahlrohre oder aus Spundbohlen zusammengesetzte Profile verwendet.

Um die Kontaktkräfte zwischen Schiff und Dalben zu verringern, können diese mit Fendern versehen werden.

Werden Dalben als Vertäudalben bemessen, so stellt der Trossenzug die maßgebliche Belastung dar. Der Trossenzug wird durch Wind- und Strömungskräfte beeinflusst. Diese Lasten werden bei einer Berechnung als statisch wirkend angesetzt.

Anlegedalben erhalten ihre Belastung aus dem Anlegemanöver von Schiffen. Die Bemessung erfolgt über eine aufzunehmende Anlegeenergie des Schiffs, welches durch das Integral über die Kraft-Weg-Beziehung der Dalbenverformung gebildet wird. Die vom Dalben aufzunehmende kinetische Energie des anlegenden Schiffs wird als Arbeitsvermögen A bezeichnet und kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden:

mit:

A          Arbeitsvermögen, innere Arbeit des Dalbens

FR(s)   Reaktionskraft zwischen Schiff und Dalben als Funktion der Verschiebung

smax    maximale Auslenkung des Dalbens

Bei linearem Kraft-Verformungs-Verhalten kann das Arbeitsvermögen vereinfacht berechnet werden mit:

mit:

FR,max   Reaktionskraft zwischen Schiff und Dalben bei der Auslenkung smax

Die Kraft FR wird vom Dalben über die Bettung in den Boden weitergeleitet. Die Größe der Bodenpressungen aus den Kräften, die der Dalben in den Boden überträgt, ist wegabhängig. Für die Bodenpressungen sind verschiedene Modelle vorhanden, die im Folgenden angesprochen werden.

Ansätze zur Berechnung der vom Dalben aufzunehmenden Bewegungsenergie - als erforderliches Arbeitsvermögen - werden in der EAU, E60, Abschnitt 6.15 vorgestellt. 

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Fest gemachte oder anlegende Schiffe verschieben den Dalben gegen den Boden, wodurch eine Bettungsspannung bis zum Erreichen einer Grenzspannung gesteigert wird. Zwei Ansätze zur Berechnung der verformungsabhängigen Interaktion zwischen Dalben und Baugrund haben sich bewährt:

Mit dem Verfahren nach BLUM wird der räumliche Erdwiderstand Eph vor dem Dalben nach der klassischen Erddrucktheorie berechnet. Es wird eine Ersatzkraft C am theoretischen Fußpunkt angesetzt, damit wird eine Einspannung des Systems im Boden erreicht. Die erforderliche Einbindetiefe des Dalbens ergibt sich aus dem Momentengleichgewicht um den Fußpunkt. Es wird somit – verformungsunabhängig – die Grenztragfähigkeit des Bodens als Bettung angesetzt. Das Verfahren eignet sich nur eingeschränkt für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit.

Gemäß EAU, E218 wird die Berechnung des charakteristischen räumlichen Erdwiderstands als räumlicher passiver Erddruck Erph nach DIN 4085 für die Anteile aus Eigenlast, Kohäsion und Sohlauflasten empfohlen:

Das p-y-Verfahren stellt ein Bettungsmodulverfahren mit nichtlinearen Federkennlinien dar. Im Gegensatz zum Verfahren nach BLUM, in dem der Grenzzustand betrachtet wird, werden mit dem p-y-Verfahren die zur Mobilisierung des räumlichen Erdwiderstands erforderlichen Verformungen berücksichtigt. Die Interaktion zwischen Boden und Dalben kann realistisch erfasst werden. Die Bettung resultiert aus den über die Einbindetiefe veränderlichen Verformungen und liefert somit realistischere Größen für die Belastung des Bodens und des Dalbens. Daher eignet sich dieses Verfahren eher zur Berechnung von Biegelinien und somit zur Untersuchung des Gebrauchstauglichkeitsnachweises.  

Für den Nachweis des Erdwiderlagers darf der Bemessungswert der aktivierten Bettungskraft Fh,d den Bemessungswert des mobilisierbaren Erdwiderstands Eph,d nicht überschreiten:

mit p*u als Maximalwert der p-y-Kurve. Die folgenden Graphiken zeigen exemplarisch qualitative p-y-Kurven für a.) Sand, b.) weichen bindigen und c.) steifen bindigen Boden.

Einflüsse wie die Konsistenz des Bodens, die Lagerungsdichte, die Belastungsart – statisch bzw. dynamisch – können berücksichtigt werden, ebenso eine Entfestigung von bindigen steifen Böden. 

Im Gegensatz zum Verfahren nach BLUM liefert das p-y-Verfahren nicht direkt die Einbindetiefe des Dalbens, sie wird in einer iterativen Berechnung bestimmt.

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Für das unten gezeigte Beispiel eines Dalbens, der mit den Lasten eines anlegenden Schiffs (Masse: 5.000 t) und mit Trossenzug von 200 kN belastet ist, wird im nachfolgenden Video gezeigt, wie mit dem Programm GGU-DOLPHIN notwendige Berechnungen durchgeführt werden können:

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