5. Bewehren II Bauen auf weichem Untergrund Flashcards
Definition Schlammteich (Tailings Pond)
Als Schlammteich (Tailings Pond) bezeichnet man im Bergbau feinkörnige, belastete Rückstände aus der Aufbereitung von Erzen, die in Form von Schlämmen vorliegen.
Sie werden an den Entstehungsorten, d. h. an den Minen bzw. Weiterverarbeitungsstätten, in großen, meist mit Dämmen abgetrennten Becken oder Schlammteichen gelagert, was je nach Inhaltsstoffen bei unsachgemäßer Lagerung einen hohen Gefährdungsgrad für die Umwelt bedeutet.
Abdeckungen von Schlammteichen
- Aufgaben von Geokunststoffen
- Vliesstoff: Schutz vor Staubverwehung von freiliegenden Tailings
- Geogitter: Erhöhung der Tragfähigkeit und Lastverteilung
- Vertikaldrain: Beschleunigung des Konsolidierungsprozesses; Ableitung der Porenwässer
- Mineralische Abdeckung: Arbeitsplattform und Auflast zur Beschleunigung der Konsolidierung
Aufbau von Tailings
- In Abhängigkeit der Dammherstellung des Tailings sind die Untergrundkennwerte in Dammnähe mehr oder weniger gut bekannt
- Dämme sind aus Kostengründen (Entfall von Dämmbaustoffen und Erdbauleistung) meist in der Up-Stream-Methode gebaut (ca. 50% der 3500 bekannten Dämme). Gespült wird vom Rand aus, die schwereren und sich schnell absetzenden Sedimente bilden einen Teil des eigentlichen Absperrbauwerks.
- Bei der Centerline- und besonders bei der Upstream-Methode können lokale Einschlüsse von Material mit geringer Scherfestigkeit und Wassersättigung zu hohen Instabilitäten (Verflüssigung) führen.
Überbauung von Tailings Ponds -Geotechnische Nachweise
- Baugeräte auf Arbeitsebene: Grundbruch und Durchstanzen unter Ansatz der Bemessungszugfestigkeit der Bewehrung
- Baugerät an Schüttkante: Geländebruch unter Ansatz Schub und Eigengewicht
Versagensmechanismen im Randbereich bei hohen Auflasten
A: Spreizen der Dammschüttung (Gleitkörperbruchmechanismus)
B: Ausquetschen der Weichschicht
C: Böschungs- und Geländebruch
Nachweise für schwimmende Dammgründungen
a.) Böschungsgrundbruch
b.) Böschungsgrundbruch bei begrentzter nachgiebiger Schicht
c.) Spreizsicherheit am Böschungsfuß
d.) Setzungs- und Verformungsnachweis
Schwimmende Gründung von Dämmen und Deichen auf weichem Untergrund:
- Einflüsse
- Geringe Scherfestigkeit der Schüttgüter
- Erhöhte Einwirkung im Nahbereich der Polderzufahrten (Lastübergänge)
- Schließen der Zufahrten
→ kurze Schüttintervalle - Plastische Vordehnung der Bewehrung aus bauzeitlichen Einwirkungen
→ kumulierte Verformungen und verformungsbedingter Spannungsaufbau in der Bewehrung
Schwimmende Gründung von Dämmen und Deichen auf weichem Untergrund:
- Sanierungsmaßnahmen (nach unzutreffender Abschätzung der tatsächlichen Kombination von Bodenkennwerten und bauzeitlichen Einwirkungen)
- Absenkung der rechnerisch berücksichtigten undrainierten Scherfestigkeit auf cu = 5 kPa infolge Scherfugenbildung
- verlängerte Deichfußvorlage als Kontergewicht
- Erhöhung der Nennzugfestigkeit der Bewehrungslage
- Doppellagige Ausbildung als Gründungspolster mit Umschlag
Aufgeständerte Gründungspolster:
- Aufgaben des horizontalen Tragsystems
A: Umlagerung der Lasten aus Eigengewicht und Verkehr hin zu den vertikalen Tragelementen
B: Anteil der Vertikallast, der durch die Bewehrung umgelagert wird
C: Anteil der Vertikallast, der durch den Untergrund abgetragen wird (Bettung)
Aufgeständerte Gründungspolster:
- Arten vertikale Tragelemente
- Rüttelstopfverdichtung (RSV und RSVv) bzw. Rüttelortbetonsäulen (ROS)
- Rammpfähle
- Teil- oder Vollverdrängungsbohrpfähle (TVB)
- Teil- oder Vollverdrängungssäulen (unbewehrt, nicht über Pfahlnorm geregelt)
Einfluss der Spreizspannung
- Spannungsdifferenzen an der Sohle von Böschungen
→ die Böschung wird „auseinander“ drücken - Mindestwert von Reibungswinkel zum Untergrund
- Untergrund mit geringer Scherfestigkeit (z.B. weicher Ton, Torf, …):
→ Spannungen können nicht aufgenommen werden
→ Spreizspannung muss von Bewehrung aufgenommen werden
→ Bewehrung wird quer zum Damm stärker ausgelegt, als in Dammachse
Schwimmende Gründung von Dämmen und Deichen auf weichem Untergrund
- Zusammenfassung und Bewertung
- Schüttungen auf sehr weichem Untergrund betrachtet man differenziert
→ zeit- und verformungsabhängige Zusammenhänge - die vorausschauende und zutreffende Erfassung aller veränderlichen Einwirkungen und deren zeitliches Zusammentreffen ist im Regelfall nicht möglich
- Verformungen infolge bauzeitlicher Einwirkungen können durch plastische Verformungsanteile zu bleibenden Einwirkungen auf Bewehrungselemente und Einbauten führen
- die Autoren (Quast, Kosack & Vollmert, 2012) empfehlen eine Absenkung des zulässigen Ausnutzungsgrades entsprechend der DIN4084, Abschn. 11, von μ ≈ 0,7 (LF1), μ ≈ 0,8 (LF2)
Möglichkeit der Verlegung von Geokunststoffen bei durchgehendem Freiwasserstand
- Nutzung von Winden und Pontons zur Verlegung von Einzelbahnen oder Breitbahnen, ggf. Verlegung von vorkonfektionierten Großpanelen (im letzteren Fall sehr hoher Reibungswiderstand, der durch große Anzahl von Winden überwunden werden muss.
→ hoher Aufwand bei der Arbeitsvorbereitung und gute Zugänglichkeit und Standsicherheit der Randbereiche notwendig - Werden die Geokunststoffe miteinander zu einer geschlossenen Großmembran verbunden, müssen die Verformungen für die vollflächige Überdeckung verträglich sein; ggf. ist ein („quasi“-hydraulischer) Innendruck (Membrantragverhalten) zu berücksichtigen, der zu großen Membranspannungen führen kann. Maßgebend werden neben der Bemessungsfestigkeit des Geokunststoffes die Nähte und Verankerungsbereiche im Randbereich.
Lastumlagerung
- die Bewehrungsstreifen bilden zwischen den Köpfen der vertikalen Tragelemente Gewölbeauflager
- die Vertikalspannungen in der Bewehrungsebene können zwischen den Köpfen der vertikalen Tragelemente umgelagert werden
- die Bewehrung wird auf Basis einer Differenzialgleichung von EMDE als elastisch gebettetes Seil berechnet
- die Lastkonzentration (Spannungstrajektorien) werden maßgeblich vom Verhältnis der Einflussflächen A_E zur Fläche des Säulenkopfs A_S der vertikalen Tragelemente beeinflusst
