Tonmineralische Abdichtungen als Oberflächenabdichtung für Deponien - ein Auslaufmodell?

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Etta Hausler
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1 Geotechnisches Büro Prof. Dr.-Ing. H. Düllmann GmbH Tonmineralische Abdichtungen als Oberflächenabdichtung für Deponien - ein Auslaufmodell? Prof. Dr.-Ing. Horst Düllmann 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 1

2 Einwirkung Deponiesickerwasser infiltriertes Niederschlagswasser aggressive flüssige Medien Mikroorganismen, Pilze Pflanzen Tiere Temperaturen Witterung Wassergehaltsänderungen Beständigkeit zu untersuchen bei Basisdichtung Oberflächendichtung Basisdichtung Basisdichtung / Oberflächendichtung Basisdichtung / Oberflächendichtung Basisdichtung / Oberflächendichtung Basisdichtung / Oberflächendichtung Basisdichtung / Oberflächendichtung Basisdichtung / Oberflächendichtung Nicht-mechanische Einwirkungen für Beständigkeitsnachweise (nach DIBt-Grundsätze) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 2

3 Wassergesättigte Interaggregatpore Luftgefüllte Interaggregatpore (Porenraum zwischen den Aggregaten) Aggregat (aggregierte Tonpartikel) mögliche Struktur der Tonpartikel nass optimal trocken Interaggregatporen (Porenraum zwischen den Tonpartikeln) Feinkörnige Bodenstruktur (nach HEIBROCK, 1996) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 3

4 Ausrichtung d. Teilchen 100% parallele Teilchen 0 = Teilchen ungeordneter Lage a b Trockernrohdichte d [t/m³] a b Wassergehalt w [%] Einfluss der Verdichtung auf die Struktur von Tonen (nach BOUCHE, 1952) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 4

5 Volumen S r ~ 1 S r < 1 S r << 1 Sättigungsgrad Wassergehalt Wasserspannungs - Kurve Wasserspannung Schematische Darstellung des Schrumpfverhaltens eines bindigen, aggregierten Bodens samt Verteilung der Porenluft und des Porenwassers in der Bodenstruktur und Verlauf der Wasserspannung (nach ZEH, 2007) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 5

6 Wasserspannung s , ,2 3 2,5 1, volum. Wassergehalt [cm³/cm³] Sickerwasser Haftwasser Wasserspannungskurven verschiedener Böden (SCHEFFER/ SCHACHTSCHABEL, 1998) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 6

7 Trockendichte [g/cm³] d , S r =0,60 0,70 0,80 0,90 S r =1,00 D =0,97 Pr D =0,95 Pr 1.000kPa Entwässerung 500kPa 250kPa 100kPa 50kPa n =0,05 a bisher vorgegebener Einbaubereich TM, = 2,676g/cm³ d 1.50 s=2.000kpa Wassergehalt [%] Proctor-Kurve eines Dichtungsbodens (TM) mit zugehörigen Sättigungslinien, Saugspannungen beim Einbau und Pfade bei Entwässerung (nach ZEH/ WITT) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 7

8 trocken naß V / V [1] 0 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 Indener Ton (TA) w =0,145 s S r = 0,63 0,72 0,93 0,95 0,96 0,98 0,96 r S = 1,0 Normalschrumpfung Restschrumpfung Volumetrische Schrumpfung v [%] 0,1 0,2 0,3 0,4 Einbauwassergehalt w [1] Schrumpfkurven von normal verdichteten Proctorproben eines TA Bodens (DÜLLMANN, 2010) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 8 w pr E

9 Lößlehm Gruppe: TL Trockendichte d, d (s) [g/cm³] 2,00 1,90 1,80 1,70 1,60 1,50 Pr (v) = 1,976 Pr = 1,83 0,95 Pr v (v) =1,8% mod. verd. v 95 (n) =~0 normal verd. w Pr (v) v =2,4% fest halb fest steif weich breiig 0,117 0,134 w Pr (n) S = 1,0 r s = 2,68g/cm² v 95 (o) =6,4% Schrumpfkurven d (s) = f (w ) E 0 0,5 0,10 0,15 0,20 0,25 Wassergehalt w, w [1] E Proctor- und Schrumpfkurven eines normal und modifiziert verdichteten leichtplastischen Tons (TL) (DÜLLMANN, 2010) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 9

10 1,8 1,7 ds95f =1,75 dsp =1,68 dsmax =1,76 (g/cm³), d (s) d 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 ds95t =1,48 d0 =1,33 V = 95t 2% W P95t =0,11 W P95 =0,16 V = P 9% W P95f =0,05 V = 95f 17% Schrumpfkurve (w=0) dpmax =1,53 dp95 =1,45 Sättigungslinie Schrumpfpotential ds dp 1,1 Proctorkurve 1,0 W95t = W 100P W95P = = W95f = 0,12 0,23 0,28 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Wassergehalt w [1] Proctor- und Schrumpfkurve eines kaolinitreichen Tons (TM) (nach BAUER et al., 2001) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 10

11 Trockendichte d, d(s) [g/cm³] 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 Indener Ton (TA) fest halbfest steif weich breiig w pr(v) = 0,235 w pr = 0, ,10 w s =0,144 0,20 0,30 0,40 0,50 Wassergehalt w [1] Proctor- und Schrumpfkurven eines normal und modifiziert verdichteten hochplastischen Tons (TA) (DÜLLMANN, 2010) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 11

12 Volumetrische Schrumpfung [%] v Indener Ton (TA) Lintforter Ton (TM) Volumetrische Schrumpfung = (w ) v f E ws fest ws naß w Pr (v) naß w Pr (n) fest halbfest steif weich breiig w Pr (v) w Pr (n) halbfest w Pr (v) naß Lößlehm (TL) fest halbfest steif weich breiig w Pr (n) naß Volumetrische Gesamtschrumpfung v [%] in Abhängigkeit vom Einbauwassergehalt w (DÜLLMANN, 2010) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 12 steif weich modif. Proctor (v) Indener -Ton (TA) Lintforter -Ton (TM) Lößlehm (TL) normaler Proctor (n) Indener -Ton (TA) Lintforter -Ton (TM) Lößlehm (TL) Einbauwassergehalt w [%] E

13 50 Plastizitätsdiagramm Plastizitätszahl I P [%] Sand-Ton Gemische ST Zwischenbereich Sand-Schluff- Gemische SU leicht plastische Tone TL mittelplastische Tone TM Schluffe mit organischen Beimen- gungen u. organogene Schluffe OU u. mittelplastische leicht plastische Schluffe UL Schluffe UM ausgeprägt plastische Tone TA Fließgrenze w [%] L P L Tone mit organischen Beimengungen, organische Tone OTund ausgeprägt zusammendrückbare A-Linie I = 0,73 (w -20) Schluffe UA Plastizitätsdiagramm mit Bodengruppen (DIN 18196) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 13

14 100 1 Zugfestigkeit z [kpa] Dehnung Spannung 0,8 0,6 0,4 0,2 Zugdehnung z [%] 0 0 0,22 0,26 0,30 0,34 0,38 vol. Wassergehalt [cm³/ cm³] Zugfestigkeiten und dehnungen eines TM-Tones nach Wendling [73-1] (T = 20 C, e = 0,75 0,78, = veränderlich) 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 14

15 0,007 Bruchdehnung z [-] 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0, % D (nass) Pr 100 % D (optimal) Pr 97 % D (trocken) Pr 0,000 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 vol. Wassergehalt [cm³/ cm³] Abhängigkeit der Bruchdehnung Z vom volumetrischen Wassergehalt und unterschiedlichen Verdichtungsbedingungen (nass, optimal, trocken) nach Zeh für einen TM-Ton bei nachträglicher Abtrocknung 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 15

16 Durchlässigkeitsbeiwert k [m/s] Trockendichte [g/cm³] d ,86 1,79 1,73 1,67 1,60 1,54 1, Kurve C w opt. C B A Kurve B w opt. hydraulischer Gradient i= 112, S r =100% 21 Kurve A w opt Wassergehalt [%] toniger Schluff (TM) Einfluss der Verdichtungsarbeit und des Einbauwassergehaltes auf den k-wert (MITCHELL, 1965) A A = 0,6 MN m/m³ normal Proctor-Versuch B A = 1,2 MN m/m³ C A = 2,7 MN m/m³ mod. Proctor-Versuch 20. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 16

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! info@gbduellmann.de www.gbduellmann.de 52078 Aachen Neuenhofstr. 112 Tel. (0241) 9 28 39-0 Fax (0241) 52 77 62 53332 Bornheim Ballenpfad 18 Tel.

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Aachen Neuenhofstr. 112 Tel. (0241) Fax (0241) Bornheim Ballenpfad 18 Tel. (022 27) Fax (022 27) Herne Friedrich der Große 70 Tel. (023 23) Fax (023 23) Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar, Folie 17

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