Einsatz von Geokunststoffe im Erd- und Grundbau - aktuelle Projektbeispiele Dr. Frank Flügge HUESKER Synthetic GmbH, Rostock

Transkript

1 Einsatz von Geokunststoffe im Erd- und Grundbau - aktuelle Projektbeispiele Dr. Frank Flügge HUESKER Synthetic GmbH, Rostock fluegge@huesker.de 1 1

2 Rückblick: VSVI Erdbaus Regelwerke Regelwerk Anwendung Tragschichtbewehrung/ Baustraßen Dammbasisbewehrung Erdfallüberbrückung Polster auf Pfählen Stützbauwerke Antigleitbewehrung Geokunstst.- ummantelte Säulen ZTVE-StB 09 EBGEO 2010 M Geok E/ TL Geok E-StB 05 Merkblatt Straßenb. wenig tragf. Untergr DIN EN 14475: 2006 Bewehrte Schüttkörper DB AG, Ril VSVI 2013 Herr Schmidt 2

3 Einführung Vliesstoffe Gewebe Geogitter Verbundstoffe 3 3

4 Belastungsgrad / Stress Ratio, % Bewehrungsprodukte Kurzzeitfestigkeit 100 Aramid PVA PET Bewehrungsprodukt wird mit einer konstanten Belastungsgeschwindigkeit bis zum Bruch gefahren Ergebnisse: - maximale Festigkeit - Kraft-Dehnungsverhalten Dehnung / Strain, % Typische Kraft-Dehnung-Kurven von Geogittern ( Kurzzeit ) 4 4

5 Bewehrungsprodukte Bemessungs- vs. Langzeitfestigkeit Bemessungswiderstand R B,d Kurzzeitfestigkeit abgemindert durch die Faktoren A 1 -A 4 (A 5 ) und einem Materialteilsicherheitsbeiwert M Charakteristische Langzeitfestigkeit R B,k Beinhaltet nur die Abminderungsfaktoren aber nicht den Materialteilsicherheitsbeiwert M 5 5

6 Bewehrungsprodukte Bemessungswiderstand R B,d = R B,k0 / (A 1 x A 2 x A 3 x A 4 x A 5 x B ) R B,d in [kn/m] (Meter Breite) 6 6

7 Bewehrungsprodukte Abminderungsfaktor A 1 - Abminderungsfaktor für Kriechen A 2 - Abminderungsfaktor für Beschädigung (Transport, Einbau und Verdichtung) A 3 - Abminderungsfaktor für Verarbeitung (Verbindungsstellen, Anschlüsse an Bauteilen) A 4 - Abminderungsfaktor für Umgebungseinflüsse (Wetter-, Chemikalienbeständigkeit) A 5 Abminderungsfaktor für dynamische Lasteinwirkungen 7 7

8 Dehnung [%] Bewehrungsprodukte Kriechneigung / Polymere sec 114 Jahre Quelle: Thornton, Lothspeich, EuroGeo 2000, Bologna 0 8 AR / 67% PVA / 69%PET / 62% PA / 50%PEHD / 37%PP / 30% 8

9 Bewehrungsprodukte Abminderungsfaktor M : Teilsicherheitsbeiwert Partielles Sicherheitskonzept (DIN 1054 neu): M = 1,40 (LF 1); 1,30 (LF 2); 1,20 (LF 3) LF1 ständige Bemessungssituation LF2 vorübergehende Bemessungssituation z.b. Bauzustand LF3 außergewöhnliche Bemessungssituation z.b. Erdbeben 9 9

10 Bewehrungsprodukte Verbundverhalten Herausziehversuch Scherversuch 10 10

11 Bewehrungsprodukte Zertifikate/Nachweise/Zulassungen??????? Gemäß ZTVE-StB keine Zulassung erforderlich, aber Baustelleneingangsprüfung, wenn keine EÜ/FÜ vorliegt oder kein ivg-zertifikat Bei Ingenieurbauwerken (z. B. im Zusammenhang mit Pfahlgründungen) externe Prüfung der Statik und Nachweis des zulässigen Bemessungs -widerstandes (insbesondere Kriechverhalten) Im Umweltbereich (DepV) zwingend BAM-Zulassung Bei der DB AG für Planumsschutzschichten HPQ und im statisch relevanten Bereich Zulassung des EBA Allgemein: Nachweis der Umweltunbedenklichkeit, besser Umwelt- Produktdeklaration nach EN (Nachweis vom Rohstoff bis Endprodukt) 11 11

12 Erdfallsicherung 12 12

13 Erdfallsicherung Entstehung 13 13

14 Erdfallsicherung Aufnahme im Bereich B 97n OU Spremberg 14 14

15 Erdfallsicherung Erscheinungsformen von Erdeinbrüchen 15 15

16 Erdfallsicherung Wirkungsweise der Bewehrung zur Begrenzung der Oberflächenverformung bei Erdfällen Beispiele in der Region: B97n OU Spremberg B 112 Lossow Brieskow-Finkenh. L 60 Finsterwalde-Hennersdorf (Logistikzentrum bei Mittenwalde) A 143 Südumfahrung Halle Eisenbahnknoten Gröbers Bahnstrecke Nachterstedt-Hoym B 86 OU Sangerhausen OU Hettstedt/Mansfeld B 174 OU Marienberg u.a

17 Erdfallsicherung Rechnerischer Nachweis Einaxiale Überbrückung 1x einaxiale Bewehrung Biaxiale Überbrückung 2x einaxiale Bewehrung, 1x in X, 1x in Y =

18 Erdfallsicherung Konzeption einer Sicherung Gesamtkonzept ist von Bedeutung Tragwerkskonzept / Bemessung Risikomanagement Vollsicherung: Überbrückungsdauer = Nutzungsdauer Einschränkung der Nutzungsbedingungen nicht zulässig Teilsicherung: Einschränkung / Beeinträchtigung der Nutzungsbed. möglich Sicherung für die Dauer der Erkennung und Sanierung 18 18

19 Erdfallsicherung Warum Geokunststoffe? Verwahrung Hohes Restrisiko Stahlbeton (Brücke) Kosten relativ hoch plötzliches unangekündigtes Versagen Geosynthetische Bewehrung Kosten relativ gering flexibles Verhalten zus. Sicherheitsreserven 19 19

20 Erdfallsicherung Nachweisführung 1. Definition der Bemessungsparameter (D =?m) 2. Definition der Gebrauchstauglichkeit (zulässige Einsenkung) 3. Modellbildung (Gewölbe ja / nein,...) 4. Berechnung der Dehnung und Zugkräfte im Geokunststoff 5. Nachweis der Module und Festigkeiten des Geokunststoffes 6. Nachweis der Verankerung 20 20

21 Erdfallsicherung Definition der Gebrauchstauglichkeit Autobahnen und Bundesstraßen: 0,01 (d s /D s ) 0,017 Bundesstraßen: 0,017 (d s /D s ) 0,025 Straßen innerorts und Parkplätze: 0,025 (d s /D s ) 0,07 D s = Durchmesser der Einsenkung auf OK Str. d s = Einsenkung 21 21

22 Erdfallsicherung Ermittlung der erforderlichen Kurzeitfestigkeit (dehnungsbezogen) E d = 110 kn/m Beanspruchung t d = 1 Monat gepl. Dauer Max. = 4% Zul. Dehnung A 1 = 1,4 Kriechen A 2 = 1,1 Einbau A 3 = 1,0 Verbindungen A 4 = 1,03 Umwelteinflüsse M = 1,3 Materialteilsicherheitsbeiwert Zul. %UTS = 31% R B,k0 = E d *A 2 *A 3 *A 4 * M /UTS = 110*1,1*1,0*1,03*1,3/0,31 = 522 kn/m Zum Vergleich bruchbezogen: R B,k0 = E d *A 1 *A 2 *A 3 *A 4 * M = 110*1,4*1,1*1,0*1,03*1,3 = 226 kn/m 22 22

23 Erdfallsicherung Verlegung B 97n OU Spremberg 23 23

24 Erdfallsicherung Projekt: B 97n OU Spremberg Bau 2008/10 in 3 Bauabschnitten Bemessungsverfahren: Einaxiale Erdfallüberbrückung: eine (bzw. mehrere Lagen) von einem einaxialen Produkt, das in der Längsachse der Straße verlegt wird. z.b.: BS 8006, Giroud et al., RAFAEL Erdfalldurchmesser von 2,6 bis 4,5 m geprüft Teilsicherung (1 Monat), Standzeit 120 Jahre Result. Bemessungsfestigkeit ca. 300 kn/m Bemessungsdehnung < 4,2 % Geogitter Fortrac 800/ MP 24 24

25 Literatur: EBGEO, Kapitel 11 aktuell: Alexiew D., Edel J., Witte R. : Sicherung von Verkehrswegen gegen Altbergbaueinwirkungen mithilfe von Geokunststoffen, Zeitschrift Bergbau 11/

26 Dammgründung auf Pfählen 26 26

27 Damm auf Pfählen B 109 OU Anklam, Ausführung 2014/15 Beispiele in Brandenburg: B 101 OU Luckenwalde B 79 OU Drewitz B1 OU Plaue B 96 OU Zossen ICE HH-Berlin, Paulinenaue Schienenanbindung BBI Schönefeld Bahnstrecke Senftenb.-Brieske u.a. Bewehrung über den Pfählen Arbeitsebene nicht tragfähiger Baugrund 27 27

28 Damm auf Pfählen Vertikale Tragelemente (Pfähle o.ä.) Hochfeste uni- oder biaxiale Geokunststoffbewehrung (eine bis zwei Lagen) 28 28

29 Damm auf Pfählen Vorteile: Praktisch setzungsfrei in der Bauphase und im Betrieb Keine Wartezeiten für Konsolidierung, weil Weichboden praktisch unbelastet Vergleichsweise kurze Bauzeit Keine Streifendräns erforderlich Damm kann sofort in Betrieb genommen werden Wenig Massentransport Entkopplung von Fahrweg und dynamisch sensibler Bodenschichten 29 29

30 Damm auf Pfählen Tragwerksmodell Membrane Gewölbe 30 30

31 Damm auf Pfählen Tragwerksmodell Gewölbewirkung Membranwirkung Lastumleitung in Bereiche höherer Steifigkeit Aufnahme der Vertikalspannungen unter dem Gewölbe, Beeinflussung und Stabilisierung der Gewölbeausbildung 31 31

32 Damm auf Pfählen Tragwerksmodell Pile to pile bridging / Geosynthetic Spreading / Geosynthetic / No Inclined Piles 32 32

33 Damm auf Pfählen Tragwerksmodell 33 33

34 Damm auf Pfählen Bauablauf Quelle: Deltares 34 34

35 Damm auf Pfählen Beispiele in Brandenburg: B 109 OU Anklam, Ausführung 2014/15 B 101 OU Luckenwalde B 79 OU Drewitz B1 OU Plaue B 96 OU Zossen ICE HH-Berlin, Palinenaue Schienenanbindung BBI Bahnstrecke Senftenb.-Brieske u.a. Bewehrung über den Pfählen Arbeitsebene 35 nicht tragfähiger Baugrund 35

36 SoilTain System zur Entwässerung von Schlämmen in geotextilen Schläuchen Beispiel Baugrube A 100 Berlin 36 36

37 SoilTain Entwässerung in geotextilen Schläuchen Anwendungsgebiete: Kommunale Klärschlämme Landwirtschaftliche Schlämme Industrielle Schlämme Marine Sedimente z.b. Häfen Stauseen Regenrückhaltebecken Flüsse Lagunen Industrielle Prozesse Klärwerke Baugruben 37 37

38 SoilTain Entwässerung in geotextilen Schläuchen BAB 66 im Bereich Neuhof-Fulda 38 38

39 SoilTain Entwässerung in geotextilen Schläuchen Neubau BAB BA, Los 2+3 (Höhe Hotel Estrel) Entschlammung der Unterwasserbetonsohle 39 39

40 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

41 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke KBE-Systeme 41 41

42 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Lärmschutzwände 42 42

43 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Lärmschutzwände Stützbauwerke / Steilböschung / Geländesprungsicherung 43 43

44 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Lärmschutzwände Stützbauwerke / Steilböschung / Geländesprungsicherung Erddruckfänger 44 44

45 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Lärmschutzwände Stützbauwerke / Steilböschung / Geländesprungsicherung Erddruckfänger Brückenwiderlager 45 45

46 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Böschungsaufbau Projekt: Trieben - Sunk 46 46

47 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Lärmschutzwände Stützbauwerke / Steilböschung / Geländesprungsicherung Erddruckfänger Brückenwiderlager Konventionelle Stützbauwerke Winkelstützwand Schwergewichtsmauer Bohrpfahlwand Spundwand 47 47

48 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Bemessung/Nachweisführung Momentengleichgewicht M i = h i * F i h i F i 48 48

49 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Bemessung/Nachweisführung 49 49

50 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Frontausbildung Schutz Feuer UV- Strahlung Vandalismus Sichtbarer Teil Erscheinung Akzeptanz Kosten 50 50

51 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Frontausbildung Viele verschiedene Möglichkeiten KBE Fortrac-Natur und -Natur S mit Begrünung KBE Muralex KBE Fortrac-Blockstein KBE DeltaGreen Gabionen Frontsystem bestimmt Aufbauprozess 51 51

52 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Aufbauprozess für typische Systeme Temporäre Schalung Frontelemente Verlorene Schlung 52 52

53 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Temporäre Schalung 53 53

54 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Temporäre Schalung 1. Herstellen Planum/ Aufstellen Schalung 2. Geogitter verlegen 3. Erosionsschutz 4. Boden 1.Lage 5. Boden Front 6. Rückumschlag 7. Boden komplett 8. Umsetzung Schalung und Punkte Fertige Wand 54 54

55 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Blocksteine Herstellung Planum und Schotterbett 2. Geogitter und Frontelemente 3. Ausrichten 4. Boden 1.Lage 5. Boden 2.Lage 6. Punkte Fertige Wand 55 55

56 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Verlorene Schalung sandbags 56 56

57 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Verlorene Schalung 1. Herstllung Planum/ Aufstellen Stahlelement 2. Erosionsschutz 3. Geogitter 4. Boden 1.Lage 5. Boden Front 6. Rückumschlag 7. Rückumschlag Erosionsschutz 8. Boden 2.Lage komplett 9. Punkte Fertige Wand 57 57

58 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Projektbeispiel: Trieben Sunk, Österreich 58 58

59 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Streckenführung der B114 Projekt: Trieben - Sunk 48 km lang Verbindung zwischen Trieben im Paltental und Judenburg im Murtal Streckenabschnitt zwischen Trieben und Sunk 59 Quelle: Google 59

60 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Zustand der Strecke Projekt: Trieben - Sunk 60 60

61 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Bestandsaufnahme der B114 Projekt: Trieben - Sunk Straße quert Rutschhang Hoher Sanierungsaufwand (>2,0m Asphaltdecke) Akute Gefahr großräumiger Rutschungen GPS Überwachung der Strecke Sperrung jederzeit möglich Streckenneubau 61 61

62 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Neubau der B114 Projekt: Trieben - Sunk Neubau der Strecke B 114 neu Verlegung auf die gegenüberliegende Seite B 114 alt Aufrechterhaltung des Verkehrs 62 62

63 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Geologischer Situation Projekt: Trieben - Sunk 63 63

64 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke KBE Konzept Projekt: Trieben - Sunk 64 64

65 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Gelände Projekt: Trieben - Sunk 65 65

66 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Gelände Projekt: Trieben - Sunk 66 66

67 Geokunststoffbewehrte Erdstützbauwerke Arbeitsvorbereitung Projekt: Trieben - Sunk 67 67

72 Dammgründung auf weichem Untergrund 72 72

73 Damm auf weichem Untergrund Untergrund Kleiböden Mudde Schlick Tonböden Torf Bauwerke Bahndamm Autobahndamm Rampen Landebahnen Deiche 73 73

74 Damm auf weichem Untergrund 74 74

75 Damm auf weichem Untergrund 1.) Bodenaustausch (partiell oder total) Damm Damm Bodenaustausch (z.b. Sandkissen ) GWS weich tragfähig 75 75

76 Damm auf weichem Untergrund 2.) Sehr langsamer stufenweiser Aufbau mit Konsolidierungswartezeiten Keine Basisbewehrung, langsame Konsolidierung, flache Böschungen, lange und kleine Schüttphasen 76 76

77 Damm auf weichem Untergrund Lösungen mit Gründung direkt auf dem Weichboden Basisbewehrung (Geogewebe, Geogitter, Geoverbundstoffe) Verkehr Weichboden Feste Unterschicht F d = erf Bemessungszugfestigkeit der Geokunststoffbewehrung 77 77

78 Damm auf weichem Untergrund Basisbewehrung (meistens Stabilenka-Gewebe): Sichert die globale, lokale und (z.t.) die Untergrundstandsicherheit Verkürzt die Wartezeiten für Konsolidierung, spart Zeit Erlaubt steilere Böschungen: spart Basisbreite und Schüttboden Macht den Damm weniger empfindlich gegenüber seitlichen Verformungen des Weichenbodens Überbrückt überraschende extrem weiche Zonen unter dem Damm Gleicht z.t. Setzungen quer und parallel zur Dammachse aus 78 78

79 Damm auf weichem Untergrund Versagensmechanismen 79 Quelle: BS 8006, GB 79

80 Damm auf weichem Untergrund Projekt: BAB 26 Hamburg-Stade 80 80

81 Damm auf weichem Untergrund Bauablauf 81 81

82 Damm auf weichem Untergrund Bauablauf 82 82

83 Damm auf weichem Untergrund Messungen theoretische Dehnungen im Geogewebe auf homogen gedachtem Untergrund gemessene Dehnungen im Geogewebe auf reellem inhomogenen Untergrund 83 83

84 Dehnung, % Mächtigkeit Schüttung, m Damm auf weichem Untergrund Messungen 10,0 7,5 5,0 Schüttung: 16,0 m Gradient geplant: 13 m Weichboden: 8m untere Lage Stabilenka 600 Dehnung 7.5% (überlastet) 18,0 16 m 13,5 9,0 2,5 01/2002 obere Lage Stabilenka 600 Dehnung 4.1% (unterbelastet) 4, / /

85 85 85