Geosynthetics in Civil Engineering

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1 Geosynthetics in Civil Engineering Dipl.Ing. Klaus Oberreiter, MBA Teil 1: Arten von Geokunststoffen, Funktionen, Prüfmethoden Geokunststoffe : Uhr / Uhr : Uhr Prüfung: Schriftlich Rechenbeispiel + Fragen Kontakt: oberreiter@baugrund-wien.at 1

2 Geokunststoffe Studium für Kulturtechnik und Wasserwirtschaft, Universität für Bodenkultur, Sponsion : TU Wien / Bauingenieurwesen : Master Of Business Administration, JKU Johannes Kepler Universität, Linz Dipl. Ing. Klaus Oberreiter, MBA 1996: Konzessionsprüfung für Technisches Büro : Fa. ÖKOPLAN, Kulturtechnisches Büro für Ökologie, Raumplanung und Umweltgestaltung / Wien : Polyfelt, Leitung Forschung & Entwicklung : TenCate, Leitung Technisches Marketing : TenCate; Director GeoEngineering & Product Development, Europe Seit 10/2010: UAR Upper Austrian Research, Strategie u. Technologie Management Seit 2005 Lehrtätigkeiten an: BOKU, TU Graz, TU Wien Seit 2010: Konsulent der Baugrund Gruppe Mitglied diverser Ausschüsse z.b. CEN TC 189 Geokunststoffe, RVS, etc 3 / Technische Textilien 4 2

3 Technische Textilien Geokunststoffe 6 3

4 Geokunststoffe GTX-Anwendungen / Europa Anteil an den Anwendungen Zahlen in % Straßenbau Deponiebau Gründungen Eisenbahnbau Beckenbau/Kanäle Wasserbau Tunnelbau Privathaushalte/Garten Pipelines Dammbau Straßensanierung/Asfaltsanierung Sportanlagen Stützkonstruktionen Landschaftsbau 7 6,2 5,9 5,8 3,3 2,5 1,2 1,1 1,1 1,1 0,5 0,3 13,1 50,9 4

5 M e c h a n i s c h e F u n k t i o n e n Hydraulische Funktionen Funktionen Geokunststoffe Trennen Filtern Bewehren Dränen Schützen Abdichten Verpacken In vielen Fällen kombinierte Funktionen: eine oder zwei entscheidend, weitere sekundär: z.b. Bewehren & Trennen, Trennen & Filtern, Verpacken & Bewehren etc. Funktion Trennen Geokunststoffe Unter Trennen versteht man die permanente Verhinderung des Vermischens zweier verschiedener Bodenschichten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. 5

6 Funktion Filtern Geokunststoffe Unter Filtern versteht man das Zurückhalten von Feinteilen bei Wasserdurchfluss. Funktion Dränieren Geokunststoffe Dränieren ist der Transport von Wasser in der Geokunststoff-Ebene. 6

7 Funktion Schützen Geokunststoffe Unter Schützen versteht man den dauerhaften Schutz von Kunststoffdichtungsbahnen gegen mechanische Beschädigung. Funktion Bewehren Geokunststoffe Unter Bewehren versteht man die Erhöhung der Festigkeit des Bodens durch Zugkraftaufnahme im Geokunststoff. 7

8 Funktion Erosionsschutz Geokunststoffe Unter Erosionsschutz versteht man das Verhindern der Bewegung von Bodenteilchen, z.b. an der Oberfläche einer Böschung. Geokunststoffe Arten von Geokunststoffen 16 8

9 Geokunststoffe Definition Geokunststoffe durchlässig undurchlässig Geotextilien: Geovlies Geogewebe Geotextilverwandte Produkte: Geogitter Geonetz Geozelle Geomatte Geogewirk Geo. Dichtungsbahnen: Kunststoffdichtungsbahn Tondichtungsbahn Geoverbundstoff Geotextilien Arten von Geotextilien Gewebe Vliese Multifilament Monofilament Bändchengewebe Endlosfaser thermisch verfestigt Stapelfaser mechanisch verfestigt 18 9

10 Geotextilien Vliese Geotextiltypen Vliese / Art der Verfestigung Mechanisch verfestigt Thermisch verfestigt 10

11 Geotextiltypen Vliese / Eigenschaften 21 / Geotextilien / Vliese Eigenschaften: Verfestigung Mechanisch verfestigtes Gtx Thermisch verfestigte Geotextilien Mechanisch verfestigtes Spinnvlies Thermisch verfestigtes Gtx 11

12 Geotextilien - Vliese Mechanisches Verhalten 23 Geotextilien - Vliese Filterverhalten Beständigkeiten 24 12

13 Geotextilien Produktionstechnologien Mechanisch verfestige Endlosfasertechnologie, patentiert Extruder Dosierung Rohstoff und Stabilisatoren Faserabzugschacht Ablagesystem Vernadelung Patentierte Breitverstreckung Wicklung und Verpackung Geotextilien Gewebe 13

14 Geotextilien Gewebe Bändchen-gewebe Monofilament-gewebe Mono-/Multifil.-gewebe Herstellungsverfahren Gewebe 14

15 Herstellungsverfahren Geogitter: verstreckt bzw. extrudiert Herstellungsverfahren Geogitter: verstreckt bzw. extrudiert Ausgangsmaterial ist eine extrudierte Folie, die gelocht wird oder ein unmittelbar extrudiertes Gitter Durch das Verstrecken erhalten die Polymere eine stärkere Orientierung der Makromoleküle Steifigkeit steigt, Dehnung nimmt ab, Kriechverformungen werden vermindert Extrudierte Folie wird im Verhältnis 1:5 bis 1:10 gestreckt 15

16 Herstellungsverfahren Geogitter: verstreckt bzw. extrudiert Geogitter und hochzugfeste Geoverbundstoffe Produktionstechnologien Spulengatter Abwickler Raschelmaschine Wickler Beschichtungsanlage Wickler 16

17 Herstellungsverfahren Geogitter: Gelege/Maschenware Im Gegensatz zu gewebten Gittern: gerade Fadenlage Zusammenhalt des Gebildes wird durch Wirkfäden erreicht Die ungekrümmten Fäden bewirken eine unmittelbare Kraftaufnahme: Konstruktionsreck Rascheln oder Nähwirken sind spezielle Maschenbildungstechniken Herstellungsverfahren Gelege / Maschenware 17

18 Herstellungsverfahren Gelege / Maschenware / gelegte Gitter Herstellungsverfahren Verbundstoffe 18

19 Geonetze Produktionstechnologien Polymer Kühlgerät Vlies Extruder Förderband Verstreckung Wickler Geonetze Dränagematten 19

20 Wirrgelege Produktionstechnologien Polymer Extruder Infrarotstrahler Spinnbalken Zugluftabschirmung Formwalze Umlenkwalze Finalisierung Wirrgelege Dränagematten 20

21 Wirrgelege Erosionsschutzmatten Geokunststoffe Dichtungsbahnen 21

22 Geokunststoffe Herstellungsspezifische Eigenschaften Prüfverfahren 43 Rohstoffe 44 22

23 Geokunststoffe Rohstoffe 45 Geokunststoffe Kraft-Dehnungs-Verhalten 23

24 Belastungsgrad / Stress Ratio, % Geogitter Kraft-Dehnungs-Verhalten / Kurzzeitzugfestigkeit EN ISO Bewehrungsprodukt wird mit einer konstanten Belastungsgeschwindigkeit bis zum Bruch gefahren Ergebnisse: - maximale Festigkeit - Kraft-Dehnungsverhalten FOR- TRAC "A" Aramid FOR- TRAC "M" FOR- TRAC "T" PVA FOR- TRAC Dehnung / Strain, % PET Typische Kraft-Dehnung-Kurven von FORTRAC-Geogittern ( Kurzzeit ) Geotextiltypen Dehnsteifigkeit / Steifemodul 24

25 Prüfverfahren 49 Produktprüfungen Geokunststoffe Identifikations- Mechanische Hydraulische Sonderprüfungen Prüfungen Prüfungen prüfungen Masse Streifenzug- Durchlässig- Chemische, festigkeit keit vertikal biolog. und UV Dicke Beständigkeit Stempeldurch- Durchlässigdrückkraft keit horizontal Kriechen Kegelfalltest Öffnungs- Pyramiden- Weite drucktest 25

26 Mechanische Prüfungen Streifenzugfestigkeit EN ISO Mechanische Prüfung Streifenzugfestigkeit EN ISO Resultat : Streifenzugfestigkeit (kn/m) Dehnung (%) Dehnung bei 2% (kn/m), 5% (kn/m), 10% (kn/m) Prinzip : Ein Geotextilmuster (Größe b=20cm h=10cm höhe wird zwischen zwei Klammern eingespannt) Längenänderung ist 20% pro Minute Beide Richtungen des Produktes wird getestet; (MD und CD) Jeweils 5 Muster werden getestet; 52 26

27 Mechanische Prüfung Streifenzugfestigkeit EN ISO Diagramm: Auswertung Die Steigung des Graphs ist wesentlich; (Anpassungsfähigkeit des Produktes, Verformung des Produktes) Steigung des Graphes 53 Mechanische Prüfungen CBR Stempeldurchdrückkraft EN ISO

28 Mechanische Prüfungen CBR Stempeldurchdrückkraft EN ISO Resultat : Stempeldurchdrückkraft (N) Verformung (%) Prinzip : Ein Muster (Größe muß groß genug sein, um dieses ausreichend zu fixieren) Dehnung ist 50 mm pro Minute. 5 Muster werden getestet 150 mm 55 Mechanische Prüfungen CBR Stempeldurchdrückkraft EN ISO Resultat Dieser Test zeigt die Kraftabsorbtion eines Geotextils einer konzentrierten Last. z. B. Auftreten im Straßenbau bei Einbau der Tragschichte (Trennfunktion) 56 28

29 Mechanische Prüfungen Kegelfallprüfung EN Mechanische Prüfungen Kegelfallprüfung EN Resultat : Lochdurchmesser (mm) Prinzip : Ein Geotextilmuster wird zwischen 2 angebrachten Ringe fixiert. Ein Kegel aus verzinktem Stahl wird aus 500 mm Höhe fallengelassen

30 Hydraulische Prüfungen Öffnungsweite EN ISO Hydraulische Prüfungen Öffnungsweite EN ISO Bestimmung der Kornverteilung eines abgestuften Bodens durch ein Geotextil. Die charakteristische Öffnungsweite entspricht einer best. Korngröße (90% Masse) des durchgegangenen Bodens; Vibration Table: Frequenz of Hz. Befeuchtung erfolgt durch feine Düsen. Resultat: µm 60 30

31 Hydraulische Prüfungen Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene EN ISO Hydraulische Prüfungen Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene EN ISO Möglichkeiten: - konstanter Wasserspiegel - fallender Wasserspiegel Resultat: v - Index [mm/s] Permittivität [s -1 ] 62 31

32 Umrechnung der Einheiten Permittivität DIN (alter Standard): Resultat des Tests: Kv [m/s] Mit i = 1: i = H/d = 1 Permittivität: = Kv / d [s-1] EN ISO (neuer Standard): s-1 x 100 [l/m²s] h = 100 Resultat des Tests: V-Index [mm/s] = [l/m 2 s] Berechnung von Kv [m/s 10-3 ]: V-Index / 50 ( h = 50 mm) [s-1] s-1 x 50 [l/m²s] (V-Index [mm] x t bei 2 kpa [mm]) / h 63 Hydraulische Prüfungen Wasserdurchlässigkeit in der Ebene EN ISO

33 Hydraulische Prüfungen Wasserdurchlässigkeit in der Ebene EN ISO Auflast (20, 100, 200 kpa) Konstanter Wasserspiegel Hydraulischer Gradient: i = 1, i = 0,1 Resultat: Transmissivität [10-7 m²/s] Umrechnung der Einheiten Transmissivität DIN (alter Standard): Resultat der Tests: Kh [m/s] Mit i = 1: i = H/d = 1 Transmissivität: = Kh x d [m²/s] Wasserfluss q (i = 1): x 1000 [l/ms] EN ISO (neuer Standard): Result des Tests: [10-7m²/s] Wasserfluss q (i = 1): x 1000 [l/ms] q x 3600 [l/mh] oder: (10-7)m²/s x 0,36 [l/mh] 66 33

34 Sonderprüfungen Herausziehversuch EN Einbaubeschädigung EN ISO Chemikalienbeständigkeit EN Thermooxidativer Abbau EN ISO Hydrolyse EN ASTM-Standards Sonderprüfungen Kriechen EN ISO

35 Sonderprüfungen Scheuerbeständigkeit EN ISO Sonderprüfungen Scheuerbeständigkeit EN ISO

36 Sonderprüfungen Scherkasten EN ISO T1 Schiefe Ebene EN ISO T2 71 Sonderprüfungen Schutzwirksamkeit - Drucktopfversuch EN

37 Sonderprüfungen Schutzwirksamkeit Pyramidendurchdrückversuch EN bzw. ON S Sonderprüfungen Bewitterung EN

38 Sonderprüfungen Mikrobiologischer Abbau EN Sonderprüfungen Faserprüfung 76 38

39 Vergleich der Prüfverfahren EN ISO vs. ASTM Gewicht EN 965 ASTM D 5261 Dicke EN ASTM D 5199 Höchstzugkraft/-Dehnung EN ISO ASTM D 5199 CBR Stempeldurchdrückkraft EN ISO ASTM D 6241 Kegelfall EN Mullen Burst / Burst strength EN ASTM D 3786 Grabzug/-dehnung ASTM D 4632 Wasserdurchlässigkeit; normal EN ISO ASTM D 4491 Wasserdurchlässigkeit, horizontal EN ISO ASTM D4716 Öffnungsweite EN ISO ASTM D CE - Marking warum CE Marking? Seit 1.Oktober 2002 in EU and Norwegen, Island and Liechtenstein. Jede Lieferung innerhalb der EU muss eine CE Markierung aufweisen. Harmonisierung nationaler Richtlinien für Konsum- und industrieller Güter in den Mitgliedsstaaten der EU Notwendige Produktprüfungen werden nach der selben Norm durchgeführt und sind vergleichbar Die Sicherheit der Produkte ist gewährleistet Dem Anwender wir eine harmonisierte, vereinheitlichte Behandlungsmethode vorgelegt

40 CE Marking Anwendungsnormen Spezifizieren die Anforderungen für die einzelnen Anwendungen: EN : Roads and Traffic areas EN : Railways EN : Retaining Walls EN : Drainage EN : Erosion EN : Basins / dams EN : Canal EN : Tunnels EN : Asphalt Overlays.. CE Marking Anwendungsnormen 80 40

41 CE Marking Begleitdokumente Für jedes Produkt muss ein CE Begleitdokument dem Kunden auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden. Entsprechend den CE Richtlinien müssen Mittelwerte und Toleranzen angegeben werden. CE Dokument und Datenblatt können unterschiedliche Werte aufweisen. 81 CE Marking Label Durch die Verwendung der CE Marke garantiert der Produzent die Konformität zu den deklarierten technischen Eigenschaften. Die Überprüfung und Erlangung der CE Markierung erfolgt über akkreditierte Prüfstellen ( notified bodies )