Vorlesung 2 + 3 Flashcards
Welche Arten von Staudämmen gibt es?
• Erdschüttdämme
➡️ Homogener Damm
➡️ Zonendamm
• Steinschüttdämme
➡️ Lehmkerndichtung
➡️ Asphaltbetondichtung
Was sind die Vorteile von Staudämmen?
• Verwendung von Locker- und Festgesteinen
• Verwendung von lokal vorhandenem Baumaterial
• wenig Fremdstoffe (Zement, Bitumen)
• Unempfindlichkeit gegenüber Erdbeben und Setzungen
• Können auch bei schlechtem Untergrund eingesetzt werden
• Einfache Anpassung an lokale geologische und topographische Gegebenheiten
• kann nachträglich relativ einfach und sicher erhöht werden
• geringe Kosten im Vergleich zu Betonbauwerken
• 85% aller Sperrwerke sind Dämme (Erfahrung!)
• Ästhetik (passen ins Landschaftsbild; Begrünung auf der Außeinseifte ist möglich!)
• Schleichendes Versagen! (Ankündigung durch Durchsickerung und Dammbewegungen, Katastrophenschutzmaßnahmen sind möglich!)
Was sind die Nachteile von Staudämmen?
• Große Massen (viel Baumaterial)
• Hohe Sorgfalt bei Auswahl und Einbringung der Dammstoffe
• Erosionsempfindlichkeit bei Überströmung
• Aufwändige Überwachung
Wie sind Staudämme zu konstruieren und zu bemessen?
▪ Art und Menge der verfügbaren Staudammbaustoffe
▪ Beschaffenheit des Untergrunds
▪ morphologischen Gegebenheiten
▪ Geschwindigkeiten von Wasserspiegelschwankungen
▪ klimatischen und seismischen Gegebenheiten
▪ boden- und felsmechanischen Kennwerten
▪ hydrodynamischen Erfordernissen
Welche Anforderungen werden an Dammbaustoffe gestellt?
▪ Verwendung von Locker- und Festgesteinen
▪ keine organischen Bestandteile
▪ witterungsbeständiges Material
▪ Böschungsneigungen = f (Baumaterial)
▪ hohe Scherfestigkeit
▪ hohe Verformbarkeit
▪ gute Verdichtbarkeit
▪ hohe Tragfähigkeit
▪ geringe Wasserdurchlässigkeit
▪ hohe Filterbeständigkeit
▪ geringe Frostveränderlichkeit
▪ gute Befahrbarkeit
Was ist der Unterschied zwischen Außen- und Innendichtung?
Bei den Dämmen mit Außendichtung wirkt der gesamte Dammkörper als Stützkörper. Bei Dämmen mit Innendichtung wirkt nur der luftseitig liegende Teil des Dammes als Stützkörper.
Definition Homogene Dämme
Bei homogenen Dämmen besteht der ganze Dammkörper aus einem wenig durchlässigen Schüttmaterial (kf < 10^-6 m/s). Homogene Dämme werden überwiegend für kleine Dammhöhen < 20m eingesetzt. Der luftseitige Dammfuß ist gegen Wasseraustritt durch einen Drainagekeil oder eine Auflast zu sichern. Eine Alternative stellt der Einsatz eines Kaminfilters dar.
Definition Zonendämme
Zonendämme bestehen aus zwei oder mehreren Zonen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften. Der Dammkern im Inneren übernimmt die Dichtungsfunktion. Das Kernmaterial sollte eine Durchlässigkeit von kf < 10-7 m/s besitzen. Aufgrund der unterschiedlichen Durchlässigkeiten zwischen Kern- und Stützkörpermaterial sind Übergangszonen zur Erfüllung der Filterstabilität zu schaffen. Diese Übergangszonen sollen außerdem Steifigkeitsunterschiede zwischen Kern (ES ≈ 5 MPa) und Stützkörper (ES ≈ 100 MPa) ausgleichen.
Was ist die Aufgabe von Dichtungen?
Dichtungen reduzieren die Strömungsbelastung im Deichkörper und erhöhen damit die Sicherheit gegen Erosion, Suffosion und die Standsicherheit!
Welche Versagensmechanismen gibt es?
• Piping
• Böschungsinstabilität
• Überströmung
• Rutschungen
Wie lautet die geometrische Sperrbedingung?
D15/d85 < 4 (Sicherheit gegen Kontakterosion)
Wie lautet die Bedingung für die Gewährleistung des Durchflusses? (Durchlässigkeitsregel)
D15/d15 > 4
Welche Bedingung muss der Nachweis der Filterstabilität noch erfüllen?
Kornverteilung der feineren Schicht (d) muss parallel zur Kornverteilung der gröberen Schicht (D) verlaufen
Nenne die Vorteile von Kontrollgängen in Staudämmen
− Verbindung von Dichtungselement und Untergrundabdichtung
− Beschleunigung des Bauablaufes durch Entkopplung von Untergrund- Abdichtung und Dammschüttung
− Sickerwasserableitung, Zugänglichkeit zur Messtechnik, Deformationsmessung
Nenne die Nachteile von Kontrollgängen in Staudämmen
− Kosten, Aufwand
− Schädigung des Felsgefüges durch die
Sprengarbeiten bei der Herstellung
− Potentielle Schwachstelle für hohe Gradienten und Sickerwegverkürzungen
− Spannungsumlagerungen im Nahbereich des Betonbauwerks
− Potentielle Schwachstelle bei Sabotage oder Terrorakten
Auf welche Aspekte muss beim Entwurf und bei der Konstruktion von Staudämmen geachtet werden?
▪ Vermeidung von Überströmung
▪ Sickerlinien dürfen nicht auf der landseitigen Böschung austreten (Gefahr der rückschreitenden
Erosion), ggf. Dränungen
▪ Auf die Setzungsempfindlichkeit des Untergrunds ist zu achten
▪ Eine Unterströmung des Bauwerks ist zu vermeiden
▪ Talform und –morphologie
▪ Dammaufbau
▪ Ersteinstau
▪ Sättigungssetzung
▪ Eigenlast
▪ Verkehrs- und Auflasten
▪ Wasserdruck, Strömungsdruck und Auftrieb
▪ Erddruck aus Sedimenten
▪ Temperaturschwankungen
▪ Bauwerksschwingungen
▪ Eisdruck
▪ Wind
▪ Bau- und Reparaturlasten
▪ Erdbeben
▪ Dauerstau
Was sind künstliche Dichtungen?
• Asphaltbeton
• Tonbeton
• Dichtwandmasse
• Beton
• Stahlbeton
• Stahl
• Kunststoffdichtungsbahnen
Was sind natürliche Dichtungen?
• Erdstoffe
• Fels
• Kies
• Geröll
• Sand
Was sind die Vorteile von Staumauern?
• Staumauern können bei extremen Hochwasserereignissen überströmt, ohne zu versagen
• die Hochwasserentlastung kann in die Staumauer integriert werden, es entfallen die Kosten für eine separate Anlage
• Entnahmeleitungen können problemlos durch die Staumauer geführt werden
Was sind die Nachteile von Staumauern?
• Hohe Anforderungen an den Bauuntergrund
• plötzliches Versagen
Wie funktionieren Gewichtsstaumauern?
Gewichtsstaumauern halten das Wasser aufgrund ihres Eigengewichts zurück. Die Kräfte (Wasserdruck, Eigengewicht) werden über die Sohle in den Untergrund übertragen. Hierbei ist darauf zu achten, dass auch bei maximal Einstau noch Druckspannung auf den Untergrund am wasserseitigen Mauerfuß vorhanden sein müssen. Die Berechnung der Standsicherheitsnachweise erfolgt heutzutage überwiegend mit FEM-Modellen.
Gewichtsstaumauern werden in der Regel aus einzelnen Betonblöcken gebaut, die jeweils die Kräfte in den Untergrund ableiten. Die einzelnen Betonblöcke werden untereinander verdübelt.
Was sind die Standsicherheitsnachweise für Gewichtsmauern?
• keine Zugspannungen in der Staumauer sowie zwischen Sohle und Mauer
• keine Überschreitung der zulässigen Druckspannungen
• keine Überschreitung der zulässigen Bodenpressungen
• Standsicherheitsnachweis gegen Gleiten
• Standsicherheitsnachweise gegen Kippen
Wie ist eine Zylindermauer aufgebaut?
Die Zylindermauer hat einen kreisförmigen Radius r in allen Höhenlagen und eine üblicherweise senkrechte Wand über die gesamte Bauwerkshöhe. Die Berechnung der erforderlichen Bauwerksdicke d wird anhand der Ringformel durchgeführt.
Wie ist der Gleichwinkeltyp aufgebaut?
Beim Gleichwinkeltyp handelt es sich um eine Bogenstaumauer mit gleichen Öffnungswinkeln, aber verschiedenen Radien. Dieser Typ ist insbesondere für Täler mit schmalen Sohlen und steilen Hängen geeignet.
