Geosynthetics In Civil Engineering. Dipl.Ing. Klaus Oberreiter, MBA Teil 4: Wasserbau. Wasserbau

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1 Geosynthetics In Civil Engineering Dipl.Ing. Klaus Oberreiter, MBA Teil 4: Wasserbau Wasserbau 1

2 Erosionschutz Arten von Erosion 1. Externe Erosion (Oberflächenerosion) 2. Interne Erosion (Wasserbau, Küstenschutz) Interne Erosion Typische Schadensbilder 2

3 Interne Erosion Küstenschutz, Wellenbrecher, Dammbau,. Interne Erosion Aktiv- vs. Passivfilter Aktiver Filter Bodenfilter Aufbau eines natürlichen Korngerüsts Unterstützt natürliche Gewölbebildung Wirkt dauerhaft, muss (kann) nicht gewechselt werden Passiver Filter Industrielle Filter, Kaffeefilter, Luftfilter, Rückhalten von Feinteilen die in einem bestimmten Medium transportiert werden Regelmäßiges Auswechseln 3

4 Interne Erosion Bodenfilter: Funktion Ohne Filtersystem: Bodenpartikel werden ausgespült Destabilisierung des Korngerüstes Mit Filtersystem Bodenkörner werden stabilisiert Dauerhafter Wasserdurchfluss Aktiver Filter Interne Erosion Bodenfilter: Wirkungsweise 1) Bodenstabilisierung; Stabilisierung des Korngerüstes 2) Ausschwemmung von Feinteilen, die im direkten Kontakt mit dem Filter sind 3) Gewölbeausbildung 4) Dauerhafter und stabiler natürlicher Kornfilter 4

5 Interne Erosion Bodenfilter: Valcros Damm 1992 Filtergeotextil nach 22 Jahren Gebrauchsdauer im Dammfuß Interne Erosion Filtergeotextil: Eigenschaften / Kriterien Funktionale Kriterien Filteröffnungsweite Anzahl der Constrictions Flexibilität Wasserdurchlässigkeit / Permeabilität Eigenschaften während des Einbaus Maximale Dehnung bei Höchstzugkraft Maximale zu absorbierende Energie Resistent gegen Durchstanzen Eigenschaften der Haltbarkeit UV-Schutz 5

6 Interne Erosion Kriterien Filtergeotextil: FÖW Filteröffnungsweite : FÖW Definition : Wird durch das größe Korn bestimmt, dass durch ein bestimmtes Produkt durchwandernkann. Design : Der Filter soll den Boden stützen, und die Ausbildung eines Aktiven Filters sicherstellen. Rückhalteregel : FÖW d Skelett = C x d 85 C = 2 d30 D10*d60 Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: FÖW 6

7 mm Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Anzahl der Constrictions Bodenseite Ein Bodenpartikel trifft mehrere «Tore» auf dem Weg durch das GTX. Die Dicke eines GTX kann ebenfalls über die Anzahl der «Tore» definiert werden. Tore <25 Unzureichende Bodenstabilität Tore >40 Erhöhtes Risiko des Verstopfens Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Anzahl der Constrictions m ( 1 Porosität ) = Dicke Fiberstärke Nach Dr. J.P. Giroud Internationale Konferenz Geofilter 96 Montréal. Die Anzahl der «Tore» ist ein dimensionsloser Parameter, welcher die Eigenschaften des Filtergeotextils (Dicke, Porosiät, Fiberstärke) definiert 7

8 Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Wasserdurchlässigkeit Durchlässigkeitsregeln : Die Durchlässigkeit von Filtersystemen muss größer sein als die des Bodens. (10-100X) Allgemeine Durchlässigkeitsregel K Filter Systeme >> k Boden KFilter Systeme > 10*i*kBoden (Giroud) i schwankt zwischen ,5 für Seitendrainagen und Fundamententwässerungen 3-10 für Dammentwässerungen 10 für Küstenschutz KFilter Systeme >> 20*kBoden nach Lafleur KFilter systeme >> 50*kBoden (schluffigen Boden) nach. BAW KFilter systeme >> 10*kBoden (hart schluffigen Boden) Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Hohe Einbaubeanspruchung - Einfluß der Fallenergie - Bodensteifigkeit 8

9 Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Maximal absorbierbare Energie Produkt mit niedrigem Dehnungspotential Produkt mit hohem Dehnungspotential Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Allgemeiner Produktvergleich Gewebe z.b.geolon PP Stapelfaser Grobfaservlies, dick Optimales Filtervlies 2-lagig, constrictions Stapelfaser Feinfaservlies, dünn Thermisch Verfestigte Vliese z.b. Typar Sehr hohe Wasserdurchlässigkeit Sehr hohe Wasserdurchlässigkeit Sehr hohe Wasserdurchlässigkeit Optimaler Gute Wasserdurchlässigkeit Geringe Wasserdurchlässigkeit Ausschwemmung Ausschwemmung Bodenrückhalt ohne Verstopfen Neigt zum Verstopfen Neigt zum Verstopfen 9

10 Einbau von Geotextilien Unterwasserbefestigung Ponton Ponton 1. Auflast mit Stahlstangen 2. Fortführendes Belasten Ponton 3. Befestigung mit Taucher 4. Abrollen am Grund und Belasten Einbau von Geotextilien Unterwasserbefestigung Eisenstange Detail: Sand/Schotter Schweißen, od. Vernähen 1. Auflast und Ballast 2. Positionieren und Belasten 10

11 Einbau von Geotextilien Unterwasserbefestigung / Überlappung Verlegerichtung Fließrichtung Auflast Überlappen >1m Trockene Verhältnisse: auch Schweißen möglich; Materialeinsparung! Überlappung etwa. 10cm Ablauf des Einbaus (Schwimmende Methode) 1 2 Befestigung von Metallstangen Positionieren mittels Schwimmen Transport zur Einbaustelle

12 Ablauf des Einbaus (Schwimmende Methode) 5 6 Positionieren Befestigung im oberen Bereich Einbau von Blockwurf 8 7 Einbau Geotextilien (Kopfbefestigung) 1. Humus Depending on local situation

13 Einbau von Geotextilien (Fußbefestigung) 1. Blockwurf Praxisbeispiele Donaukraftwerk Greifenstein, 1981, Austria 13

14 Praxisbeispiele Kraftwerk Blanca, Slowenien Praxisbeispiele Hochwasserschutzdamm Mauthausen 14

15 Praxisbeispiele Donauradweg Süd Aggsbach-St.Johann Praxisbeispiele Piatowsky Kanal, Polen 15

16 Praxisbeispiele Bostanj, Slowenien HaTe - Vliesstoffe/Gewebe Trennen, Filtern und Schützen mit HaTe - Vliesstoffen/Geweben 16

17 HaTe - Vliesstoffe/Gewebe Vielfältige Schutzfunktion von HaTe - Produkten 33 HaTe - Vliesstoffe/Gewebe Deckwerksbau im Küstenschutz 34 17

18 HaTe - Vliesstoffe/Gewebe Business Bay Projekt Dubai, UAE 2005/ HaTe - Sandmatte Trennen und Filtern mit der HaTe - Sandmatte 36 18

19 HaTe - Sandmatte Deckwerksbau Sohlsicherung 37 HaTe - Sandmatte Deckwerksbau JadeWeserPort

20 Stabilenka / Comtrac Bewehren und Schützen mit Stabilenka /Comtrac 39 Stabilenka / Comtrac Aufstandsflächenbewehrung bei einem Damm auf vertikalen Traggliedern 40 20

21 Stabilenka / Comtrac Aufstandsflächenbewehrung 41 Wilmington Harbour, USA, 1990 Großformatige Panels zur Landgewinnung 42 21

22 Stabilenka / Comtrac Strandschutz (GWR) Biscarosse, FRA, Stabilenka / Comtrac Hafenbeckenverfüllung Rodewischhafen, Hamburg,

23 Fortrac 3D Bewehren und Schützen mit Fortrac 3D 45 Fortrac 3D Deichüberströmung 46 23

24 Fortrac 3D Hochwasserentlastungsgerinne 47 Geosysteme Geobag System Geotube System Geocontainer System Geosysteme sind mit Sand gefüllte Elemente, aus speziell für diese Anwendungen produzierten Geweben. 24

25 Geotextile Verpackungselemente Säcke - 0,3 m³ bis 10 m³ Definition CUR 217 Container m³ bis 600 m³ Schläuche - Ø 0,5 m bis 4,0 m; L = 25 m bis 100 m Matten - Zwei miteinander verbundene Lagen Handsäcke - Bis 25 kg Großsäcke - 25 kg bis 2 m³ Großelemente - über 2 m³ Definition EAG-Con des AK 5.1 Schläuche - Endlosschläuche Geotextil Körbe und Matratzen - Gabionen - Matratzen mit Abstandshaltern bei 5 bis 50 cm Dicke 49 Bemessung Bemessung: - DVWK Merkblatt 221 (1992) - BAW: MAG (1993) - Pilarczyk: Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and Coastal Engineering (2000) - CUR 217 (2006) - PIANC Report n o 113 (2011) - EAG-Con AK 5.1 (in Vorbereitung) 50 25

26 Praxisbeispiele Shuweihat Harbour, Dubai Geotube and Geocontainer, Geobags Anwendungen 26

27 SoilTain - Säcke Schützen und Verpacken mit SoilTain - Säcken 53 SoilTain - Säcke Unbefüllte SoilTain Säcke Befüllte SoilTain Säcke Verwendete Geosynthetische Produkte für SoilTain Säcke: - Vliesstoffe, Gewebe und Verbundstoffe Füllgrad in der Regel ~80% Standard SoilTain Sackgröße: 1,45 m x 2,38 m mit einem Füllvolumen von 1m³ bei einem Füllgrad von ~80% 54 27

28 SoilTain - Säcke ~80% verfüllter 1m³ SoilTain Sack vor der Installation Deformation des 1m³ SoilTain Sackes nach Verlegung 55 SoilTain - Säcke Angelieferte SoilTain Säcke Einbaugerät Verfüllte SoilTain Säcke Installierte SoilTain Säcke Baustellenübersicht 56 28

29 SoilTain - Säcke Befüllung je nach Art des Sackes mit Schalung, fix installiertem Trichter oder mobilem Befüllgerät 57 SoilTain - Säcke Verschluss mit Handnähmaschinen 58 29

30 SoilTain - Säcke Transport/Handling 59 SoilTain - Säcke Böschungssicherung 60 30

31 SoilTain - Säcke Küstenschutz 61 SoilTain - Säcke Kolkschutz 62 31

32 SoilTain - Säcke Rüstersieler Watt, 1963: 1 m³ Säcke aus Polyamid 63 SoilTain - Säcke Böschungssicherung Tagebaurestsee Scheibe, Hoyerswerda, Sachsen, 2008: 1m³ Vliesstoffsäcke 64 32

33 SoilTain - Säcke Endicott Island, Alaska, 1985 Endicott Island, Alaska, 2010 (Quelle: wikipedia.org) Container mit 4 yd 3 (3 m³) aus einem Polyester-Gewebe 65 Geobags Künstliche Inseln 33

34 Geotube Bemessung von Geotubes: Umfang und Höhe Geotube Schutz Cameron Island 34

35 Geotube Küstenschutz L Amélie, Frankreich Geotube Kern für Wellenbrecher 35

36 Geotube Hafenerweiterung Le Havre / Yachthafen Médoc Geotube Kern für Wellenbrecher 36

37 Geotube Positionierung / Befüllung mit Tauchpumpen Geotube Temporärer Damm in Marokko 37

38 Geotube Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland Geotube Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland 38

39 Geotube Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland Geotube Amwaj Islands Project, Bahrein

40 Geotube Amwaj Islands Project, Bahrein 2001 Geotube Wellenbrecher unter Wasser Brechende Welle über Geotube Wellenhöhe nach dem Wellenbrecher H 2 <H s Wellenhöhe (H s ) Geotube 40

41 Geotube Wellenbrecher unter Wasser: Alassio, Italien, 2003 SoilTain - Schläuche Schützen, Verpacken und Stabilisieren mit SoilTain - Schläuchen 82 41

42 SoilTain - Schläuche Hydraulisch oder hydraulisch/mechanisch mit Sand verfüllte geotextile Schläuche 83 SoilTain - Schläuche Küsten- und Uferschutz 84 42

43 Geotube Bemessung von Geotubes: Umfang und Höhe SoilTain - Schläuche Typischer Querschnitt als Riffwellenbrecher Typischer Querschnitt als Buhne 86 43

44 SoilTain - Schläuche Bemessung Interne und externe Stabilitätsbetrachtung: Intern: Zugfestigkeit, Öffnungsweite ( Sanddichtheit ) Extern: Stabilität infolge Strömung/Wellen Bodenmechanisches Versagen des Untergrundes Leshchinsky: GeoCoPS SoilTain - Schläuche San Vicenzo Juni/Juli 2008 Schlauchdurchmesser: Strukturhöhe: Wassertiefe: 3,0 m 1,6 m 2,0 m San Vicenzo 88 44

45 SoilTain - Schläuche (nach Einbau) (nach ~ 3 Monaten) (nach ~ 13 Monaten) (Nach ~ 10 Monaten) 89 SoilTain - Schläuche Port Salacgriva, LAT 2010 Anwendung: Schlauchdurchmesser: Strukturhöhe: Wassertiefe: Landgewinnung 4,5 m 2,4 m ca. 0,3 m 90 45

46 SoilTain - Schläuche Draufsicht und Querschnitt des Randdammes zur Landgewinnung 91 SoilTain - Schläuche 1) 2) 1) Schlauchverlegung 2) Schlauchverfüllung 3) Abdeckung 3) 92 46

47 SoilTain - Schläuche 93 Geocontainer Anwendungen: Kern für Dämme und Deiche Unterwasserberme Füllung von Erosionslöchern 47

48 Geocontainer Geocontainers are big sandbags, that are placed in a splitbarge and filled with sand. The container will than be dumped on the bottom. Capacity varies from 120 m 3 till 1000 m 3 Geocontainers are taylor-made for a given splitbarge. Geocontainer Absenkvorgang 48

49 Geocontainer Wasserbau Sonderanwendungen: Hydrocomp, Hafen Ravenna 49

50 Wasserbau Sonderanwendungen: Hafen Rotterdam Wasserbau Sonderanwendungen: Uferschutz mit Faschinen 50

51 HaTe - Vliesstoffe/Gewebe Deckwerksbau und Sohlsicherung an Wasserstraßen 101 HaTe - Vliesstoffe/Gewebe Erosionsschutz/ Kolkschutz mit Sinkmatten

52 HaTe - Vliesstoffe/Gewebe Einbau von Sinkmatten 103 Incomat Embedment protection and associated passive wedge Propeller Suction Sohlsicherung Hafenbecken/ Schiffsanleger

53 Wasserbau Sonderanwendungen: Ingenieurbiologische Maßnahmen Ende 53