1. Grundlagen der Anwendung und Bemessung, Produkte, Regelwerke und Empfehlungen Flashcards
Anwendungsbereiche von Geokunststoffen
- Straßen- und Tiefbau
- Deponiebau
- Wasserbau
- Tunnelbau
- Grundwasserschutz
Kunststoffabfälle und Verwertung in Deutschland
5,45 mio. to Kunststoffabfälle in Deutschland 2011
→ 42% werkstoffliche Verwertung
→ 56% energetische Verwertung
→ 1% rohstoffliche Verwertung
Definition Geokunststoffe
Oberbegriff, der ein Produkt beschreibt, bei dem mindestens ein Bestandteil aus synthetischem oder natürlichem Polymerwerkstoff hergestellt wird, in Form einer Bahn, eines Streifens oder einer dreidimensionalen Struktur, das bei geotechnischen und anderen Anwendungen im Bauwesen im Kontakt mit Boden und/oder anderen Materialien verwendet wird.
Geokunststoffe Unterteilung
Wasserdurchlässig
- Geotextilien (Gewebe, Vliesstoffe, Verbundstoffe)
- Geotextilverwandte Produkte (Geogitter)
Wasserundurchlässig
- Dichtungsbahnen (KDB)
- Dichtungsbahnverwandte Produkte (Geosynthetische Tondichtungsbahnen, Bentonitmatten)
Funktionen nach DIN EN ISO 10318-1
(9 Stück)
- Trennen
- Filtern
- Dränen
- Dichten
- Schützen
- Bewehren
- Stabilisieren
- Spannungsabbau (als Asphalteinlage)
- Schützen gegen Oberflächenerosion
_Verpacken (alt, nicht in der DIN enthalten)
Trennen Anforderung
Vermeiden des Vermischens verschiedener, aneinandergrenzender Böden / Füllstoffe durch die Verwendung eines Geokunststoffes.
- Schutz gegen Feinkorn-Kontamination
Filtern Anforderung
Verhindern des unkontrollierten Durchgangs von Boden oder anderen Teilchen, die hydrodynamischen Kräften ausgesetzt sind.
Dränen Anforderung
Sammeln und Ableiten von Niederschlägen, Grundwasser und anderen Fluiden in der Ebene eines Materials aus Geokunststoff.
Dichten Anforderung
Verwendung eines Geokunststoffes, um die Migration von Fluiden zu verhindern oder zu begrenzen.
Schützen Anforderung
Vermeiden oder Begrenzen lokaler Schäden eines bestimmten Bauteils oder -materials durch die Verwendung eines Geokunststoffes.
Bewehren Anforderung
Nutzung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens eines Materials aus Geokunststoff zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Bodens oder anderer Baustoffe.
Stabilisieren Anforderung
Verbesserung des mechanischen Verhaltens von ungebundenem Material durch geosynthetische Schichten, so dass Verformungen minimiert werden.
Spannungsabbau (als Asphalteinlage) Anforderung
Verwendung eines Geokunststoffes, um Risse von Spannungen aus beschädigten Asphalttragschichten zu minimieren.
Schützen gegen Oberflächenerosion Anforderung
Verwendung eines Geokunststoffes, um Bewegung von Boden auf der Oberfläche zu verhindern/ begrenzen.
Geotextilien:
Vliesstoff
- Textiles Flächengebilde aus gerichteten oder ungerichteten Filamenten oder Fasern, die mechanisch, thermisch oder chemisch gebunden sind.
- Dehnung ~60%
- Einsatz: Trennen, Filtern, Dränen, Schützen
- Stempeldurchdrückversuch
Geotextilien:
Gewebe
- Textiles Flächengebilde aus sich rechtwinklig kreuzendem Fadensystem.
- Dehnung ~12%
- Einsatz: Wasserbau, aber überwiegend Bewehren
- Streifenzugversuch
Textile Elemente
- Multifilamentgarne
- Monofilamentgarne
- Folienbändchen / Gewebe
Textile Elemente:
Multifilamentgarne
- bestehen aus einer Anzahl miteinander gedrehter oder ungedrehter Filamente
- größtenteils hochzugfest
- Bspw.: Polyester, Polyamid, Polypropylen
Textile Elemente:
Monofilamentgarne
- Sind Drähte aus Kunststoff
- ⌀ > 0,1 mm (bzw. 100 μ)
- Bspw.: Polyethylen=PE (,Polyester=PES, Polyamid)
Textile Elemente:
Folienbändchen
- Werden durch Schneiden von Folien in schmale Streifen hergestellt
- Bspw.: Polyethylen=PE, Polypropylen=PP
Nutzungsdauer
- bezieht sich auf die Dauer, währrend der der Geokunststoff die geforderten Eigenschaften gemäß der Anwendungsnormen aufweist
- ordnungsmäßer Einbau, Anwendung und Wartung werden angenommen (tatsächliche Nutzungsdauer kann viel höher liegen)
- Nutzungsdauer bis zu 5 Jahren bei Anwendung ohne Bewehrungsfunktion in natürlichen Böden mit 4<pH<9, Bodentemperatur<25°C
- Nutzungsdauer von 25, 50, 100 Jahren bestehend aus fabrikneuen Polymeren, in natürlichen Böden mit 4<pH<9, Bodentemperatur <25°C
Trennen - Klassifizierung
- Durch Indexwerte: Folienbändchen, Spießgarnen (Polypropylen/Polyethylen) oder Multifilamentgarnen (Polyester)
- Durch Baustellenversuche
Trennen - Beanspruchungsfälle
- AB1: Einbau und Überschütten von Hand, keine Verdichtung
- AB2: Maschineller Einbau und Verdichtung, keine Walkbeanspruchung
- AB3: Maschineller Einbau und Verdichtung, Walkbeanspruchung (5-15cm Spurrinnentiefen)
- AB4: Maschineller Einbau und Verdichtung, Walkbeanspruchung (über 15cm Spurrinnentiefen)
Filtern - Anströmfilter
- Typischer Konstruktionsfehler:
Durch mangelnde Filterstabilität der Böden und fehlenden Filter an der Grenzschicht (A) wird zunächst nicht verhindert, dass das Feinkorn mobilisiert wird; Feinkorn wird sich bewegen und vom Wasser mitgeschleppt. Das Zweiphasengemisch (Wasser und Feststoff) trifft auf den geotextilen Filter, der Feststoff wird plötzlich gebremst und kann keine Tiefenfiltration ausbilden. Im ungünstigsten Fall bildet sich ein Filterkuchen, der die Durchlässigkeit des geotextilen Filters um den Faktor > 100 abmindert. - Merke:
Eine fehlende Filterebene kann nicht „geheilt“ werden.
Probleme:
- Erosion: an der Grenzfläche zweier nicht filterstabiler Böden
- Suffosion: Verlagerung des Korngerüstes zweier nicht filterstabiler Böden, innere Suffosion ist durch Filter nicht zu verhindern
→ Ziel: Die Bewegung des Feinkorns muss an der Grenzfläche behindert werden
Filtern - Grundanforderungen
- Bodenpartikel müssen ausreichend zurückgehalten werden (die Poren des Geotextils müssen kleiner als die Korngrößen sein)
- Durchlässigkeit des Systems muss erhalten bleiben (Durchfluss gewährleisten!)
- Kolmationssicherheit (Zusetzen des Geotextils durch Feinkorn muss verhindert werden) sorgt dafür, dass im allgemeinen ausreichend viele dreidimensionale Fließwege durch das bodenbesetzte Geotextil ermöglicht werden
- Ausreichende Robustheit (Einbaubeanspruchung)
Filtern - Grundlagen
- Materialtransport verhindern, Wasserdurchtritt nicht behindern
- Tiefenfiltration:
> Bodenpartikel lagern sich in der Gesamtstruktur des Filters ein
> Nach Filtereinlaufzeit entsteht stabiles Filtergerüst mit ausreichender Wasserdurchlässigkeit
> Gesamtdicke des Filters ist wirksam!
Dichten - Polyethylen hoher Dichte: PEHD
- Thermoplastische homogene Dichtungsbahn aus einem Rohstoff
- Deponiebau: 2,5mm
- Tief-/ Straßenbau: 2mm
- Wasserbau: 2mm
- Oberflächen: glatt, strukturiert mit Prägung oder Noppen für eine richtungsunabhängige Scherkraftübertragung
- Vollflächige Abdichtung durch Verschweißen der Bahnen
Dichten - Nähte (geprüft werden Dichtigkeit & Festigkeit der Nähte)
Doppelnaht: (Heizkeilschweißen)
- protokolliert, automatisch gesteuert
- Mit Prüfkanal für zerstörungsfreie Baustellenprüfung mit Druckluft (durchgehend)
Auftragnaht: (Warmgasextrusionsschweißen)
- Einfachnaht ohne Prüfkanal
Vorteile von Abdichtungen mit KDB
- Effektive langfristige Dichtwirksamkeit
- Geringe Aufbauhöhe = geringe Konstruktionshöhe = geringe Querschnittseinengung
- Langfristig zulässige Dehnungen: 6%
- Kurze und planbare Bauzeiten durch hohe Verlegeleistung
- Ausführung des Gewerkes KDB-Abdichtung durch Fachverlegebetrieb
- Lückenlose Dokumentation vom Rohstoff bis zum Endprodukt auf der Baustelle (jeder gelieferten Rolle sind alle Produktions- und QS-Ergebnisse zuweisbar)
- Kostenvorteile
Dichten - Vorteile von Abdichtungen mit KDB aus PEHD
- Beständig gegen chemische/ mikrobiologische Angriffe, Nagetiere, Trocken-/ Nasszyklen
- Effektive langfristige Dichtwirksamkeit
- Kurze und planbare Bauzeiten durch hohe Verlegeleistung
- Kostenvorteile
Dichten - Bentonitmatte
- Deck- und Trägertextil sowie der Verbund der Materialien beeinflussen die mechanischen Eigenschaften
- Bentoniteinlage bestimmt die Dichtungseigenschaften und die Dichtwirkung entsteht unter Wasseraufnahme und ausreichender Auflast
Dichten - Bentonit
Bentonit ist ein Tonmineral mit Quell- und Absorbtionseigenschaften sowie geringer Durchlässigkeit. Durch binden der Moleküle wird die elektrostatische Verbindung der Kristalle geschwächt, dadurch kann Wasser eindringen. Im Bereich der GTD wird zwischen Calcium-, Natrium- und aktiviertem Natriumbentonit unterschieden. Natriumbentonit kann ohne Auflast bis 800-1200% quellen nach 48 Std.
Dichten - KDBverwandte Produkte:
Mineralische Dichtung (Geosyn. Tondichtungsbahn)
Aufbau
Deckgeotextil (Vliesstoff)→ Bentonit→ Trägergeotextil (Vliesstoff, Gewebe, Kombi)
Dichten - KDBverwandte Produkte: Mineralische Dichtung
Marktformen Bentonitmatten
- Vernadelt:
> alle 3 Komponenten werden schubkraftübertragend durch Vernadelung verbunden
> Innere Reibungswinkel des Bentonits wird überwunden - Vernäht:
> Komponenten werden durch Vernähen in regelmäßigen Abständen miteinander verbunden
> Schubkräfte werden konzentriert in Deck-/ Trägergeotextilien eingeleitet
Dichten - KDBverwandte Produkte: Mineralische Dichtung
Vorteile
- hohe Beständigkeit
- dehnfähig
- gut geeignet bei Setzungen
- gute Anbindung an Bauwerke
DIN-Normen (CE-Kennzeichnung auf Basis europäisch harmonisierter Anwendungsnormen)
DIN EN 13249 - Bau von Straßen
DIN EN 13250 - Eisenbahnbau
DIN EN 13251 - Erd- und Grundbau sowie bei Stützbauwerken
…
Freiwillige Fremdüberwachung nach IVG (Industrieverband Geokunststoffe e.V.)
Der IVG hat ein Verfahren festgelegt, nach welchem für bestimmte Eigenschaften eine regelmäßige Probenahme durch die zugelassenen Überwachungsstellen erfolgt. Die Materialprüfung dieser Proben muss in dafür akkreditierten Prüflaboren erfolgen.
Verfestigungsarten von Vliesstoffen
- thermisch verfestigt
- mechanisch verfestigt
- adhäsiv verfestigt
Rohstoffe PE, PP, PES/PET, PVA und A
PE = Polyethylen
- häufig eingesetzt in Kunststoffdichtungsbahnen
- hohe Dehnungen und hohe Chemikalienbeständigkeit
PP = Polypropylen
- preiswerter Massenkunststoff
- gute Beständigkeit und gute mechanische Eigenschaften
- häufigst angewandte Kunststoff in der Geotextilerzeugung
PES/PET = Polyester/ Polyethylenglykolterephthalat
- in Geokunststofffasern und –stäben
- hohe spezifische Festigkeit und sehr geringes Kriechen
- bei Geokunststoffen für Bewehrungen der häufigste Werkstoff
PVA und A = Polyvinylalkohol und Aramid
- bisher selten eingesetzt
- zeigt aber hohe Festigkeit bei kleinen Verformungen (Höchstdehnung von Produkten auf Markt ca. 5%)
Geotextilrobustheitsklassen (GRK)
Die Robustheit gegenüber der mechanischen Beanspruchung durch Schüttmaterial und Baubetrieb wird bei Trennschichten, Filter- und Schutzlagen durch die Geotextilrobustheitsklasse (GRK) charakterisiert; sie ist gleichzeitig ein Hinweis auf die Festigkeit.
Die maßgebende mechanische Beanspruchung, nämlich die Schädigung durch Einzelkörner bzw. Steine und durch die Walkarbeit unter einer Schüttung auf weichem Untergrund, entzieht sich der Bemessung. Anmerkung: gilt nicht für Bewehrungen
=> Klassifizierung durch Indexwerte oder Baustellenversuche
Abdichtungssysteme nach RiStWag
- erdbautechnische Abdichtung (mineralisch)
- Kunststoffdichtungsbahn (KDB) mit geotextilen oder mineralischen Schutzlagen
- Bentonitmatte (GTD, mineralisch)
