Am Beispiel des Kavernenfeldes Epe, das mit seinen aktuell 76 Erdgaskavernen einen Anteil von 15% an den gesamtdeutschen Untergrundgasspeichern hat, soll gezeigt werden, wie das Markscheidewesen helfen kann, die „licence to operate“ bestehender Betriebe zu erhalten und den Genehmigungsprozess von Neuprojekten zu unterstützen. Bergbau ist nahezu immer mit Bodenbewegungen verbunden, der Betrieb von Salzkavernen zur Solegewinnung und Untergrundspeicherung macht hier keine Ausnahme. Naturgemäß ist das Interesse an den Auswirkungen der bereits eingetretenen sowie den noch zu erwartenden Bewegungen groß, sowohl bei Anwohnern wie auch den betroffenen Kommunen. In Epe helfen bei der Beantwortung dieser Fragestellungen die Erfahrungen aus 50 Jahren markscheiderischen Messungen an der Oberfläche (v.a. Nivellement, zunehmend auch GNSS/GPS und Radarinterferometrie) und im Untergrund (Hohlraumvermessungen der Kavernen). Neben den standortspezifischen Gegebenheiten wie Teufe und Salzgeologie ist bei Kavernen die Bedeutung der jeweiligen Nutzung entscheidend für das Senkungsgeschehen. Dabei liegt die größte Herausforderung in der mittel- bis langfristigen Antizipation des zukünftigen Kavernenbetriebs, da die Liberalisierung des Energiemarktes Mitte der 2000er Jahre zu einer sich mehr an betriebswirtschaftlichen Vorgaben orientierenden Fahrweise der Gasspeicher führte. Seitdem variiert die jährliche Konvergenz (Hohlraumverlust) der Gaskavernen stark, mit in der Folge ebenso veränderlichen Senkungsbeträgen an der Oberfläche. Die Annahme wahrscheinlicher Szenarien zum zukünftigen Betriebsgeschehen erlaubt trotz alledem verlässliche Senkungsprognosen, basierend auf dem etablierten analytischen Berechnungsmodell nach Sroka/Schober. Informationen zu verschiedenen Messmethoden (neben den markscheiderischen sind hier z.B. Beobachtungen des Grundwasserspiegels zu nennen), ihrer Ergebnisse und deren Bewertung sowie die Präsentation der Senkungsprognosen erfolgten in Epe bei mehreren Öffentlichkeitsterminen in den vergangenen Jahren. Essentiell war dabei der Rückgriff auf markscheiderisches Wissen, um die Informationen korrekt und verständlich zu transportieren. Bei mittlerweile fast 1 m Senkung im Kavernenfeld Epe und sich neu anbahnenden Nutzungskonzepten wie Wasserstoff- und Druckluftspeicherung ist eine erfolgreiche Kommunikation elementar, um ein gegenseitiges Vertrauen und Verständnis für unternehmerische Ziele einerseits sowie den Sorgen der Bevölkerung andererseits zu entwickeln. Im Folgenden soll das Senkungs- und Umweltmonitoring im Kavernenfeld Epe im Detail vorgestellt werden, ergänzt um die Erfahrungen in der Vermittlung dieser Ergebnisse.

Zur Erreichung der Klimaschutzziele und Dekarbonisierung der Energieerzeugung und Industrie wird in Deutschland und Europa der Ausbau erneuerbaren Energien (v.a. Solar- und Windenergie, Geothermie) vorangetrieben. Die daraus resultierende fluktuierende Stromerzeugung, meist nicht mit dem Strombedarf überlappend, kann in Zukunft nicht mehr durch fossile Energieträger ausgeglichen werden, sondern muss gespeichert werden. Wasserstoff als chemischer Energieträger bietet dazu eine gute Option im Gigawatt- bis Terawattstundenbereich. Als großskalige Speicheroption für Wasserstoff bieten sich Salzkavernen an, die schon jahrzehntelang erprobt und Stand der Technik sind. Die bestehenden Kavernen in Deutschland reichen dabei nicht für die prognostizierten Speicherbedarfe aus, Deutschland verfügt aber über ein großes geologisches Potential, neue Kavernen im Untergrund anzulegen. / To achieve the climate change objectives and decarbonisation of power generation and industry, Germany and Europe are expanding their renewable energies (esp., solar, wind and geothermal energy) vastly. The resulting fluctuation power generation, usually not equalling the current demands, cannot be balanced by fossil fuels in the future and has to be stored instead. Hydrogen as a chemical energy carrier is a good option for the gigawatt- to terawatt-hour range. Salt caverns offer a large-scale storage option for hydrogen that have been used for decades and are state of the art. The existing caverns in Germany are not sufficient for the forecasted storage needs. However, Germany has a large potential for the underground construction of new caverns.

Die stetige Weiterentwicklung von Mess- und Überwachungstechnik ermöglicht Setzungsprozesse und Gebirgsdeformationen mit zunehmender Genauigkeit in numerischen Modellen abzubilden. Mit Hilfe von Laserscans, durchgeführt sowohl vor als auch während der Bauarbeiten, können genauere numerische Modelle erstellt werden. Die baubegleitende Anpassung der Modellgeometrie ermöglicht zudem eine weitere Nachkalibrierung der Simulationen und erhöht damit die Zuverlässigkeit von Prognoseberechnungen. Die Simulationsergebnisse können fortlaufend mit den ursprünglichen Planungen abgeglichen und somit Ausbauplanungen angepasst und optimiert werden. / The ongoing development of monitoring and surveillance technology enables us to reproduce subsidence and rock mass deformation in numerical models with increasing precision. Laserscans prior to and during the construction work increase the spatial accuracy of numerical models. Adjustments of the model geometry during the construction work allow a recalibration of models and increase the reliability of forecast simulations. Simulation results can be successively compared to construction plans and allow adjustments and optimizations of support designs.

Die Landestalsperrenverwaltung Sachsen bildet junge Menschen in den Berufen Wasserbauer/in, Kauffrau/Kaufmann für Büromanagement sowie Fachinformatiker/in aus. Dazu enthält die Broschüre »Ran ans Wasser! – Berufe mit Zukunft« ausführliche Informationen. Auf dem Titelblatt in der Publikationsdatenbank Sachsen als 3. Auflage bezeichnet. Redaktionsschluss: 09.11.2021

Die Vision dieses Projektes ist es, einen durchgängigen Prozess zu entwickeln, der es erlaubt, den Entwurf, die Berechnung und die Fugenoptimierung von flächigen Strukturen aus Betonfertigteilen sehr einfach und effizient durchzuführen. Damit soll die Herstellung von freien Formen, wie beispielsweise „Blobs“ und Hängeformen aus Beton, unterstützt und gefördert werden. / The vision of this project is to develop a continuous process that allows very easy and efficient design, calculation and joint optimization of surface-like structures made of precast concrete elements. This should support and encourage the production of free forms, such as “blobs” and hanging forms made of concrete.

Der in den Ingenieurwissenschaften zunehmend populäre Einsatz der Origami-Technik eröffnet neue Möglichkeiten zur Herstellung von effizienten Tragkonstruktionen [1]–[5]. In Verbindung mit leistungsfähigen, zementbasierten Verbundwerkstoffen bietet die Origami-Technik einen innovativen Ansatz für Entwurf und Realisierung von leichten tragenden Strukturen nach dem Prinzip form follows force – dem Grundgedanken des SPP 1542. [Aus: Motivation und Zielsetzung] / The increasingly popular use of origami technology in the engineering sciences opens up new possibilities for the manufacture of efficient load-bearing structures [1]–[5]. In combination with high-performance, cement-based composite materials, origami technology of ers an innovative approach to the design and realisation of lightweight load-bearing structures based on the principle form follows force –the basic idea of SPP 1542. [Off: Motivation and objectives]

Druckbauteile sind essentielle Elemente eines jeden Bauwerks, denn in Form von Stützen oder Wänden tragen sie die Lasten in den Baugrund ab. Heutzutage werden sie zumeist mit einem rechteckigen Querschnitt und konstanten Abmaßen über die Höhe ausgeführt. Bereits runde Stützen stellen eine Ausnahme dar und werden vor allem aus architektonischen Gründen angeordnet. Aber wie würde die möglichst optimale Geometrie eines Druckbauteils aussehen? Im Rahmen des Projekts wurde dieser zentralen Fragestellung nach einer günstigen Adaption der Querschnittsgeometrie von Stützen in Quer- und in Längsrichtung nachgegangen. Wesentliche Zielsetzung war dabei, Stützen so entwerfen und berechnen zu können, dass sie in allen Querschnittsbereichen gleichmäßig ausgelastet sind. Dadurch werden schlankere Bauteile möglich, die aufgrund der Materialersparnis nicht nur zur Schonung unserer natürlichen Ressourcen beitragen, sondern auch wirtschaftlich von Vorteil sind und zu einem ästhetischeren Erscheinungsbild führen. [Aus: Einleitung] / Pressure components are essential elements for any structure, because in the form of columns or walls they transfer the loads into the subsoil. Nowadays, they are usually designed with a constant rectangular cross-section over the full height. Already round columns are an exception and are arranged mainly for architectural reasons. But what would the optimum geometry of a pressure component look like? Within the framework of the project, this central question of a favourable adaptation of the cross-section geometry of columns in transverse and longitudinal direction was investigated. The main objective was to be able to design and calculate columns in such a way that they are equally loaded in all cross-section areas. This enables slimmer components which, due to the material savings, not only contribute to the conservation of our natural resources, but are also economically advantageous and lead to a more aesthetic appearance. [Off: Introduction]

Stahlbetondeckenplatten sind material- und energieintensive Biegetragwerke, wenn sie, wie derzeit üblich, ebenflächig mit konstanter Querschnittshöhe und aus einer Betonsorte hergestellt werden. Diese Ausführung ist aus statischer und bauökologischer Sicht sehr ineffizient, da der bewehrte Beton nur an wenigen Stellen sowohl in der Haupttragrichtung als auch über die Deckenhöhe voll ausgenutzt wird. Mit einer gleichmäßigen Ausnutzung können Material und Gewicht und damit natürliche Ressourcen gespart werden. / Reinforced concrete floor slabs are materialand energy-intensive flexural load-bearing structures if, as it is currently the case, they are produced flat with a constant cross-sectional height and from one type of concrete. This design is very inefficient from a structural and building ecology point of view, as the reinforced concrete is only fully utilised at a few areas both in the main load-bearing direction and across the slab height. With an uniform utilisation, material and weight and thus natural resources can be saved.

Die neuen 3D-Entwurfs-, Berechnungs- und Fertigungsverfahren in Kombination mit dem Werkstoff ultrahochfester Beton (UHPC) bieten das Potenzial, den Beton-Leichtbau zu revolutionieren [1]. Die Herausforderung bei der Herstellung von geometrisch komplexen und hochpräzisen UHPC-Bauteilen liegt dabei im Schalungsbau. Da bisher keine verfügbaren abfallfreien und somit nachhaltigen alternativen Schalungsmaterialien bzw. -systeme identifiziert werden konnten, wurde der Forschungsansatz entwickelt, frei geformte Schalungen für Betonbauteile unter Verwendung von CNC-gefrästen recycelbaren Industriewachsen zu verwenden. Die Erforschung dieses Ansatzes hin zu einer anwendbaren Non-Waste-Schalungstechnologie wurde in einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) und des Instituts für Tragwerksentwurf (ITE) der TU Braunschweig durchgeführt. Im Folgenden werden die wesentlichen Inhalte des Vorhabens, ausgehend von der Auswahl geeigneter Wachse, über die Untersuchung der Zerspanbarkeit bis hin zur Betonierung und anschließenden Analyse der Schalungen und Abgüsse, vorgestellt und diskutiert. Grundlegende Erkenntnisse wurden u. a. bereits 2016 in [2]–[5] veröffentlicht. Diese werden hier teilweise wiedergegeben und zudem mit zusätzlichen Informationen ergänzt. Die wesentlichen Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben werden zusammengefasst. Ausführliche Informationen zur Entwicklung der Non-Waste-Wachsschalungstechnologie finden sich in der 2019 veröffentlichten Dissertation von Jeldrik Mainka [6]. / The new 3D design, calculation and manufacturing methods in combination with ultra-high strength concrete (UHPC) off er the potential to revolutionise lightweight concrete construction [1]. The challenge in the production of geometrically complex and high-precision UHPC components lies in formwork construction. As no available waste-free and thus sustainable alternative formwork materials or systems have been identified so far, the research approach was developed to use freely shaped formwork for concrete components using CNC-milled recyclable industrial waxes. The research of this approach towards an applicable non-waste formwork technology was carried out in a joint research project of the Institute for Machine Tools and Production Engineering (IWF) and the Institute of Structural Design (ITE) of the Technical University of Braunschweig. In the following, the main contents of the project, starting with the selection of suitable waxes, the investigation of machinability up to the concreting and subsequent analysis of the formwork and castings are presented and discussed. Basic findings have already been published in 2016 in [2]–[5]. These are partly reproduced here and supplemented with additional information. The main findings of the research project are summarised. Detailed information on the development of non-waste wax formwork technology can be found in the dissertation by Jeldrik Mainka [6], published in 2019.

Das Prinzip „Leicht Bauen mit Beton“ kann durch stabförmige Bauelemente außerordentlich gut umgesetzt werden, da einwirkende Beanspruchungen konzentriert und optimiert aufgenommen werden können. Stabförmige Bauelemente gehören zu den maßgebenden Bestandteilen von Mast- und Turmkonstruktionen sowie Fachwerk- und Rahmenstrukturen (Bild 1). Obgleich die Stäbe in diesen Konstruktionen überwiegend normalkraftbeansprucht sind, führen horizontale Beanspruchungen z. B. infolge Wind sowie Einspannungen in den Verbindungsknoten zu Biege- und Querkraftbeanspruchungen. Daneben sind nahezu alle räumlichen Konstruktionen durch einseitige oder unsymmetrische Beanspruchungen einer gewollten oder ungewollten Torsionsbeanspruchung unterworfen. [Aus: Einleitung] / The principles of “Concrete Light“ apply extraordinarily well to tubular concrete members, as applied stresses can be absorbed in a concentrated and optimized way. Tubular members are decisive components of mast and tower constructions as well as of truss and frame structures (Fig. 1). Although tubular members in such constructions are predominantly subjected to normal forces, horizontal loads (e.g. due to wind) and rigid joints lead to secondary bending moments and shear forces. In addition, as a result of one-sided or asymmetrical loads, almost all spatial constructions are subjected to intentional or unintentional torsion. [Off: Introduction]