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Geokunststoffe > 3. Bewehren I (Tragschichten im Straßen- und Bahnbau) > Flashcards

3. Bewehren I (Tragschichten im Straßen- und Bahnbau) Flashcards

1
Q

Eigenschaften von Bewehrungslagen:
Geogitter

A

Mechanisches Verhalten ist maßgebend durch die thermoplastischen Eigenschaften beeinflusst:
- Temperatur, Spannungszustand, Zeit

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2
Q

Zeitstandverhalten und Traglastreserven

A

Nach konstanter Belastung, (z.B. durch Eigengewicht der Konstruktion oder permanente Beanspruchungen aus z.B. Brückenlasten) ist für einige Geokunststoffprodukte aus PET eine sehr hohe Restfestigkeit nachgewiesen, die bei kurzzeitigen Beanspruchungen aus unplanmäßigen Lasten, Erdbebenbeanspruchungen oder Steinschlag genutzt werden können. Dieser Effekt erklärt u.a. eine extrem große Tragfähigkeitsreserve unter Erdbebenlasten.

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3
Q

Isochronen

A
  • Dehnung unter konstanter Last zur einem gewählten Zeitpunkt
  • Dehnung (kriechen) «1% = PET, Dehnung(kriechen)»1% = PP
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4
Q

Bemessungsfestigkeit (Wert der Zugfestigkeit RB,d einer Bewehrungslage verstanden)

A
  • RB,d = RB,k0 / (γ_M * A1 * A2 * A3 * A4 * A5)
  • RB,k0: charakteristische Zugfestigkeit (Kurzzeit-Nennfestigkeit, Laborwert)
  • γB: Partialsicherheitsbeiwert zur Berücksichtigung von eventuellen Abweichungen des eingebauten Produktes vom Nennwert und kleinen geometrischen Änderungen des ausgeführten Bauwerkes gegenüber dem Entwurf
  • A1: Beiwert für Kriechen
  • A2: Beiwert für Beschädigung beim Transport, Einbau und Verdichtung
  • A3: Beiwert für Fugen, Anschlüsse, Nähte etc.
  • A4: Beiwert für Umgebungseinflüsse
  • A5: Beiwert für dynamische Einflüsse
    => Abminderungsfaktoren sind immer produkt- und ggf. baustellenspezifisch
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5
Q

Bei der Rohstoffwahl insbesondere zu beachten

A
  • UV-Strahlung
  • Oxidation bei PE + PP
  • Hydrolyse bei PET
    > innere Hydrolyse mit Wasser
    > äußere Hydrolyse in Abhängigkeit der Oberfläche in stark alkalischen Lösungen (pH >10) oder in starken Säuren (pH <4)
    → Für beide Arten der Hydrolyse gilt: je weniger Carboxylendgruppen, umso weniger Startpunkte für die Hydrolyse, umso besser das Langzeitverhalten
    → die Qualität des Rohstoffs und der Querschnitt machen den Unterschied
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6
Q

Einfluss von hohen pH-Werten

A
  • Nach Bemessungsregel (EBGEO) ist bei pH-Werten 9 mit Hydrolyse bestimmter Polymere zu rechnen
  • Höchste Werte des Abbindungsprozess: pH Beton C30/35<12,6, pH Beton C40/50<12,9, pH Mörtel<12,8
  • Angriff durch hydrolytischen Abbau von Polyamidbindungen von aliphatischen Polyamiden, aromatischen Polyamiden
  • Abminderungsfaktoren sind immer produkt- und baustellenspezifisch
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7
Q

Dehnsteifigkeit J (kN/m)

A
  • Maß für das Zugkraft-Dehnungsverhalten einer Bewehrung
  • J = F / ε , charakter. Kurzzeit Dehnsteifigkeit
    → F = Kraft bei vorgegeb. Dehnung ε
    → ε = vorgegebene Dehnung ε
  • Bei Langzeit-Dehnsteifigkeiten betrachtet man die Isochronenkurven (wegen des Kriechens geringer als Kurzeit-Dehnsteifigkeit)
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8
Q

Funktionsweise Geogitter (Tragschicht)

A

Kraftübertragung durch Reibung und Verzahnung
- Ziel:
→ Stabilisierung des Schüttmaterials durch die Geogitterstruktur
→ hohe Kraftaufnahme bei niedrigen Verformungen
- Verdoppelung der Tragfähigkeit bei vergleichbaren Setzungen bzw. Reduzierung der Setzungen bei gleichen Spannungen

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9
Q

Grundlagen der Bemessung
- Zwei Methoden für das Bemessungsverfahren

A
  • Tragfähigkeit: Ev2-Methode:
    Bemessung und Dimensionierung, um einen vorgegeben Ev2-Wert auf Oberkante der ungebundenen Tragschicht oder anderen definierten Zwischenschichten zu erreichen.
    > Plattendruckversuche nur für Radlasten in den Zuwegungen (Nachweis)
  • Verformung: Baustraßenmethode:
    Bemessung eines Verkehrsflächenaufbaus, um eine für das Verkehrsaufkommen ausreichend standfeste Oberfläche mit akzeptablen Verformungen für die Gebrauchstauglichkeit zu erreichen.
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10
Q

Flächenerschließung:
Mögliche und erforderliche Differenzierung
Zuwegungen vs. Kranstell-/ Lagerflächen/ Arbeitsebenen

A

Zuwegungen:
- hohe Lastübergangszahlen
- Verteilung der Gesamtlasten auf zulässige Achlasten (Anlieferungszustand)
- zeitlich eng begrenzte Beanspruchung
- zyklische Beanspruchung
- Kriechen der polymeren Bewehrung im Regelfall vernachlässigbar
- Setzungen aus Eigengewicht der Aufbauten maßgebend
- Spurrillen akzeptabel

Kranstellflächen / Arbeitsebenen/ Lagerflächen:
- geringe Lastübergangszahlen
- hohe Gesamtlasten mit großer Tiefenwirkung
- ggf. Überlagerung von Stützlasten und Lasten von Hilfskränen / Lagerflächen
- Prüfung von Horizontalkräften auf die Gründungsstruktur
- Hohe Anforderungen an Ebenheit
- Bauzustand, aber Zeiteinfluss von maßgebender Bedeutung

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11
Q

Plattendruckversuche

A
  • Index für Tragfähigkeit
  • Standardprüfverfahren im Straßenbau
  • Einwirkungstiefe t ist aber begrenzt auf t = 2*D
  • Bei größeren Lasteinleitungsflächen wie z.B. Kranpratzen liegt der Versuch auf der unsicheren Seite (hier sind Grundbruchnachweis sowie der Nachweis gegen Durchstanzen zu führen)
    => nur für Zuwegungen geeignet
    => Nachweise sind immer getrennt für die Zuwegungen und für die Kranaufstandsflächen unter Ansatz der projektspezifisch zu erwartenden Fahrzeuge / Geräte
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12
Q

Anforderungen an die Bewehrung Zuwegungen vs. Flächen

A

Zuwegungen:
- Nachweis der Gebrauchstauglichkeit im Regelfall maßgebend
- Nachweis, dass die relativ stark gedehnte Bewehrung (die hier eine Bewehrungsfunktion übernimmt) einen ausreichenden Abstand zum Bruchzustand aufweist
=> Nennfestigkeiten von rd. 30 kN/m … 60 kN/m erforderlich mit hoher Dehnsteifigkeit

Kranstell-/ Lagerflächen / Arbeitsebenen:
- Bemessung der Gebrauchstauglichkeit
- Bemessung der Tragfähigkeit
=> Nennfestigkeiten rd. 40 kN/m … 200 kN/m

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13
Q

Stabilisierung der Schottertragschicht durch Geogitter-Bewehrung

A
  • Geogitter wirken bei kleinen Verformungen nicht als Membran
  • nehmen unmittelbar unter der Lasteinleitungsfläche Zugspannungen auf. Bei Annähern und Entfernen der Last nehmen sie Zug- und Schubspannungen auf.
  • zyklische Triaxialversuche (kleine Spannungsdifferenzen und einige 1000 Lastwechsel): Erhöhung des Elastizitäts- und Schubmoduls der bewehrten gegenüber der unbewehrten Probe
  • Erhöhung der Materialparameter bereits bei sehr kleinen Dehnungen des Geogitters von 0,05 %
  • Freifeldversuche und zyklische Triaxialversuche zeigen: die Akkumulation plastischer Verformungsanteile durch die Geogitter wird wirksam reduziert
    => Geogitter leisten auch in sehr steifen Tragschichten bei sehr kleinen Verformungen einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit
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14
Q

Geogitter-Bewehrung und Tragschichtmaterial als Verbundwerkstoff

A
  • Befahrbarkeit sehr weicher Untergründe ohne Bodenaustausch oder Tiefgründung
  • Großes Einsparpotential von mineralischen Baustoffen durch den Einsatz von bewehrten Tragschichten / Gründungspolstern
  • Reduzierung der Beanspruchungen auf OK Gelände
  • Größere Sicherheitsreserven durch aufnehmbare Zugspannungen durch die Bewehrung im Verbundwerksstoff
  • Geotechnische Nachweisführung ist Pflicht, nicht Kür
  • Wirtschaftlich, ökologisch und innovativ umsetzbar
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15
Q

Träger der Straßen

A
  • Bundesfernstraßen & Autobahnen: Der Bund BMVI
  • Landestraßen: Länder
  • Alle anderen Straßen: Kommunen und Gemeinden
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16
Q

Nachweise der äußeren Standsicherheit

A
  • bewehrter Erdkörper wird als quasi-monolithischer Körper angesehen
  • Versagen tritt außerhalb des bewehrten Erdkörpers auf
  • Durch die Annahme des monolithischen Verhaltens ergeben sich ähnliche Bauteilabmessungen (Breite/Höhe) wie z.B. bei Beton-Winkelsützen
  • der geokunststoff-bewehrte Erdkörper reagiert jedoch duktiler/ weicher
    => Zunahme der Sohlspannungen am Fußpunkt der Wand (z.B. bei ausmittigen Lasten) geringer ausfällt.
17
Q

Nachweis der inneren Standsicherheit

A
  • Durch Zugkräfte kommt es bei dem Geogitter zum Materialversagen
  • Erforderliche Nachweise:
    > Sicherheit gegen Bruch der Bewehrung
    > gegen Herausziehen der Bewehrung
    > Festigkeit von Anschlüssen,
    > evtl. Fugen oder Nähten
18
Q

Prüfung kombinierter Versagensmechanismen

A
  • müssen nicht immer eindeutig oder homogen sein
    => Kombination verschiedener Mechanismen führen zum Bruch
  • mehrlagige Bewehrungsanordnung
    => statisch überbestimmtes System (d.h. Spannungszustände im Bauwerk sind nicht bekannt oder eindeutig bestimmbar)
    => Geogitter-bewehrten Konstruktionen:Bestimmung der Kräfte komplex, weil Boden-Bauteil-Interaktion auftritt und die Steifigkeitsunterschiede kleiner sind => nicht jeder Lage kann ein eindeutiger Erddruck zugewiesen werden
  • In der Praxis führt man verschiedene Prüfverfahren:
    > Gerade Bruchflächen
    > kreisförmige Bruchmechanismen
    > logarithmische Gleitflächen
  • Wasser muss kontrolliert und abgeleitet werden
19
Q

Nachweis der Außenhaut

A
  • Nicht verformbar
    > Paneele mit voller Bauhöhe
    > Paneele mit teilweiser Bauhöhe > Blockelemente, Formsteine
  • Bedingt verformbar
    > Geschweißte Stahlgitter
    > Blockelemente, Formsteine
    > Gabionen
  • Verformbar
    > Umschlagmethode
20
Q

Bewehrte Erdbauwerke

A
  • flächige Bewehrung
  • definierte Bodeneigenschaften
  • definierte Einbauparameter
  • Annahme des Baukörpers als monolithische Konstruktion möglich
21
Q

Bodenvernagelung

A
  • punktuelle Bewehrung mit dazwischen liegenden unbewehrten Bereichen
  • Bodenkennwerte nur aus punktuellen Aufschlüssen bekannt
  • Verbund wird über die Verpressmittel gesteuert und ist nur über Zugversuche am fertigen Nagel prüfbar
22
Q

Verankerung im Herausziehversuch
- Mögliche Versagensmechanismen

A
  1. Versagen des Materialwiderstandes, d.h. Bruch der Bewehrung außerhalb des Verankerungsbereiches (im Versuch außerhalb des Kastens)
  2. Versagen der Materialwiderstände im Verankerungsbereich, z.B. Lösen von Verbindungsstellen, Bruch oder Aufspleißen von Querelementen, Abschälen von Beschichtungen etc.
  3. Versagen der Reibungswiderstände, d.h. Überschreiten der mobilisierbaren Schubkräfte im Korngerüst oder + Gleiten des Korngerüstes auf dem Bewehrungselement
    - Herausziehwiderstand Ra,k (unter Verwendung eines im Labor geprüften Reibungsbeiwertes)
    > Ra,k = σ * L * λ * tanφ * n
    > mit λ = R_a,k = σ * L * tanφ * n
23
Q

Vermeidbare Fehler & Konsequenz

A
  • Verankerungsgraben (0,2m tief/breit)
    → Gesamtaufbau rutscht ins Becken
  • Böschung steiler als geplant
    → Überbeanspruchung der Krone & Verankerung
  • Aufgehende Überlappung durch Wasserdruck
    → fehlender Nachweis gegen Auftrieb
24
Q

Böschung mit Schichtsystem (Einwirkungen und Widerstände)

A

Einwirkung
- unplanmäßige Lasten
- Abfluss über die Oberfläche
- Ausfließen des Oberbodens
Widerstände
- Geogitter
- planmäßige Entwässerung
- keilförmige Anschüttung

25
Q

Beanpruchung der Konstruktionen durch Verformungen

A

Je gleichmäßiger die Verformungen eingetragen werden, desto geringer ist das Risiko einer Spannungskonzentration zwischen Facing und Hinterfüllung.

26
Q

Konstruktionsformen von KBE

A

a. Widerlager mit KBE als Erddruckfänger
b. kombiniertes Mischwiderlager
c. „Echtes“ KBE-Widerlager
d. KBE-Widerlager in Kombination mit einem aufgeständertem Gründungspolster

27
Q

CO2-Bilanz Beispiel Steilböschung: Winkelstützmauer (Beton) vs. Geogitter

A

Winkelstützmauer: 542 Tonnen CO2
Geogitter: 101 Tonnen CO2

28
Q

Reibungswiderstand R_t,k - Ermittlung im Versuch

A

Rt,k = σ * L * tan(δ)
- Die Auflastspannung σ ergibt sich aus dem Bodeneigengewicht und dem Böschungswinkel cos(β)
- Der Reibungswinkel φ heißt bei Geokunststoffen δ

29
Q

Wie erfolgt die Bemessung von Geogittern?

A

Über die Materialwiderstände:
- Langzeitfestigkeit des Bewehrungselementes R_b,k
> R_b,k = R_b,k,0 / (A1A2A3A4A5)
- Herausziehwiderstand R_a,k (unter Verwendung eines im Labor geprüften Reibungsbeiwertes λ)
> Ra,k= σ * L * tan(φ) * λ * n

Geokunststoffe (5 decks)

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