Vorlesung «Geokunststoffe im Tiefbau»

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1 1 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Vorlesung «Geokunststoffe im Tiefbau» Teil : Historie, Zahlen und Fakten, Arten von Geokunststoffen, Funktionen, Anwendungen allgemein, Eigenschaften, Produktprüfungen Dipl.Ing. Klaus Oberreiter, MBA

2 Vorlesung «Geokunststoffe im Tiefbau» Termine / / 5.5. / / (19.5.?) Jeweils Uhr Prüfung: Schriftlich Rechenbeispiel + Fragen Kontakt: k.oberreiter@tencate.com 3 Vorlesung Teil 1 Stand 09 TenCate Geosynthetics im Überblick TenCate Geosynthetics ist... > ein international tätiges Unternehmen mit Sitz in Linz (A), Almelo (NL) und Bezons (F) bzw. USA und Asien Anbieter von Geokunststoffen und Systemen für eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen des modernen Tiefbaus. TenCate Geosynthetics entwickelt... > maßgeschneiderte Lösungen für den Straßen-, Eisenbahn- und Wasserbau, den Bau von Stützkonstruktionen und viele weitere Spezialanwendungen des Grundbaus. 4 Vorlesung Teil 1 Stand 09

3 Royal TenCate: Geschichte 1691 Anfrage an die Verwaltung von Overijssel im Namen der Familie Ten Cate 1704 Erstes offizielles Dokument der Firma von H. ten Cate Hzn. & Co 1836 Thomas Ainsworth gründet eine Weberei in Nijverdal 1851 Die Brüder Salomonson erwerben das Grundstück von Ainsworth, nach seinem Tod Godfried Salomonson darf den königlichen Titel tragen 1957 Fusion zwischen KSW and H. ten Cate Hzn & Co 5 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Royal TenCate: Geschichte 1982 Namensänderung in Royal Nijverdal Ten Cate nv 1991 Umsatz erstmals über 1 Billion Gulden 1993 Börsengang 1995 Namensänderung in Royal Ten Cate nv 2005 Erwerb der Polyfelt Gruppe. neue Einheit mit drei Produktionsstandorten (Almelo, Linz and Bezons) Branding Projekt: neuer cooperate style und Struktur 6 Vorlesung Teil 1 Stand 09

4 TenCate Mitarbeiter weltweit Circa 4,500 (Stand ) North America 1,573 Mitarbeiter Europe 1,543 Mitarbeiter Middle East 385 Mitarbeiter Asia / Australia 936 Mitarbeiter 7 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geschäftsbereiche ADVANCED TEXTILES & COMPOSITES Protective & Outdoor Fabrics GEOSYNTHETICS & GRASS Geosynthetics TECHNOLOGIES Inkjet Technology Space & Aerospace Composites Industrial Fabrics Advanced Armour Grass 8 Vorlesung Teil 1 Stand 09

5 Royal TenCate Marktposition Protective Fabrics: nr. 1 weltweit Feuerwehr / Armee / Polizei Produzierende Industrie etc. Aerospace & Armour Composites: nr. 2 weltweit Thermo-plastics für Flugzeuge Fokus auf Flugzeuge und Panzerungen Geosynthetics: nr. 1 weltweit Infrastruktur, Wasserbau & Umwelttechnik Synthetic grass: nr. 1 weltweit Sport: American Football, rugby, Fußball, Feldhockey, Tennis, Golf. Landscaping 9 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Protective Fabrics 10 Vorlesung Teil 1 Stand 09

6 Protective Fabrics and Advanced Armour 11 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Advanced Armour 12 Vorlesung Teil 1 Stand 09

7 Aircraft Composites 13 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Spacecraft Composites 14 Vorlesung Teil 1 Stand 09

8 Industrial Fabrics 15 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Industrial Fabrics 16 Vorlesung Teil 1 Stand 09

9 TenCate Industrial Fabrics 17 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Grass 18 Vorlesung Teil 1 Stand 09

10 Geosynthetics 19 Vorlesung Teil 1 Stand 09 TenCate Geokunststoffe 20 Vorlesung Teil 1 Stand 09

11 21 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Royal TenCate Organisation Advanced Textiles & Composites Royal Ten Cate Synbra Group Participation 50% Geosynthetics & Grass Technical Components TenCate Protective & Outdoor Fabrics TenCate Geosynthetics Europe & Industrial Fabrics TenCate Grass TenCate Enbi TenCate Aerospace Composites TenCate Geosynthetics Netherlands bv (Almelo) TenCate Geosynthetics North America TenCate Armour Composites TenCate Geosynthetics Austria G.m.b.H (Linz) TenCate Geosynthetics Asia TenCate Geosynthetics France S.A.S. (Bezons) 22 Vorlesung Teil 1 Stand 09

12 TenCate Geosynthetics Organisation TenCate Geosynthetics TC Geosynthetics USA TC Geosynthetics Europe TC Geosynthetics Asia Cornelia Jefferson Commerce Linz Paris Almelo Kuala Lumpur Zhuhai 23 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Produktionsanlagen und Vertriebsbüros TenCate Geosynthetics Netherland TenCate Geosynthetics U.K. TenCate Geosynthetics Scandinavia TenCate Geosynthetics France TenCate Nicolon USA TenCate Geosynthetics Iberia TenCate Geosynthetics Italia TenCate Geosynthetics TenCate Geosynthetics Russia Germany Polyfelt Poland Polyfelt Czech. Republic TenCate Geosynthetics Switzerland TenCate Geosynthetics Austria TenCate Geosynthetics Romania Polyfelt India TenCate Geosynthetics TenCate China Geosynthetics Thailand TenCate Geosynthetics TenCate Asia Philippines TenCate Australia Production plants Sales offices 24 Vorlesung Teil 1 Stand 09

13 Geokunstoffe / Markt weltweit Marktsituation Gesamtmarkt 2007: Mill. m 2 Western Europe 504 Mill. m 2 Eastern Europe 65 Mill. m 2 North America 670 Mill. m 2 Asia & Australia (excl. China) 459 Mill. m 2 South America 100 Mill. m 2 Africa 44 Mill. m 2 Middle East 58 Mill. m 2 25 Vorlesung Teil 1 Stand 09 GTX-Anwendungen / Europa Marktsituation 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 26 Vorlesung Teil 1 Stand 09

14 Geokunststoffe Arten von Geokunststoffen 27 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geokunststoffe Definition Geokunststoffe durchlässig undurchlässig Geotextilien: Geovlies Geogewebe Geotextilverwandte Produkte: Geogitter Geonetz Geozelle Geomatte Geogewirk Geo. Dichtungsbahnen: Kunststoffdichtungsbahn Tondichtungsbahn Geoverbundstoff 28 Vorlesung Teil 1 Stand 09

15 Geotextilien Verschiedene Typen Gewebe Vliese Multifilament Monofilament Bändchengewebe Endlosfaser Stapelfaser thermisch verfestigt mechanisch verfestigt 29 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geotextilien Vliese / Gewebe 30 Vorlesung Teil 1 Stand 09

16 Geotextilien Produktionstechnologien Mechanisch verfestige Endlosfasertechnologie, patentiert Extruder Dosierung Rohstoff und Stabilisatoren Faserabzugschacht Ablagesystem Vernadelung Patentierte Breitverstreckung Wicklung und Verpackung 31 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geotextiltypen Vliese Mechanisch verfestigt Thermisch verfestigt 32 Vorlesung Teil 1 Stand 09

17 Herstellungsverfahren Gewebe Bändchengewebe Monofilamentgewebe Mono-/Multifil.- gewebe 33 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Herstellungsverfahren Gewebe 34 Vorlesung Teil 1 Stand 09

18 Herstellungsverfahren Geogitter: verstreckt bzw. extrudiert 35 Vorlesung Teil 1 Stand 09 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 36 Vorlesung Teil 1 Stand 09

19 Herstellungsverfahren Geogitter: verstreckt bzw. extrudiert 37 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geogitter und hochzugfeste Geoverbundstoffe Produktionstechnologien Spulengatter Abwickler Raschelmaschine Wickler Beschichtungsanlage Wickler 38 Vorlesung Teil 1 Stand 09

20 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 39 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Herstellungsverfahren Gelege / Maschenware 40 Vorlesung Teil 1 Stand 09

21 Herstellungsverfahren Verbundstoffe / gelegte Gitter 41 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geonetze Produktionstechnologien Polymer Kühlgerät Vlies Extruder Förderband Verstreckung Wickler 42 Vorlesung Teil 1 Stand 09

22 Geonetze Dränagematten 43 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Wirrgelege Produktionstechnologien Polymer Extruder Infrarotstrahler Spinnbalken Zugluftabschirmung Formwalze Umlenkwalze Finalisierung 44 Vorlesung Teil 1 Stand 09

23 Wirrgelege Dränagematten 45 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Wirrgelege Erosionsschutzmatten 46 Vorlesung Teil 1 Stand 09

24 Geokunststoffe Kunststoffdichtungsbahnen 47 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Funktionen Geokunststoffe >> Trennen >> Filtern >> Dränieren >> Schützen >> Bewehren >> Erosionsschutz >> Abdichten 48 Vorlesung Teil 1 Stand 09

25 Funktion Trennen Geokunststoffe Unter Trennen versteht man die permanente Verhinderung des Vermischens zweier verschiedener Bodenschichten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. 49 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Funktion Filtern Geokunststoffe Unter Filtern versteht man das Zurückhalten von Feinteilen bei Wasserdurchfluss. 50 Vorlesung Teil 1 Stand 09

26 Funktion Dränieren Geokunststoffe Dränieren ist der Transport von Wasser in der Geokunststoff-Ebene. 51 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Funktion Schützen Geokunststoffe Unter Schützen versteht man den dauerhaften Schutz von Kunststoffdichtungsbahnen gegen mechanische Beschädigung. 52 Vorlesung Teil 1 Stand 09

27 Funktion Bewehren Geokunststoffe Unter Bewehren versteht man die Erhöhung der Festigkeit des Bodens durch Zugkraftaufnahme im Geokunststoff. 53 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Funktion Erosionsschutz Geokunststoffe Unter Erosionsschutz versteht man das Verhindern der Bewegung von Bodenteilchen, z.b. an der Oberfläche einer Böschung. 54 Vorlesung Teil 1 Stand 09

28 Polyfelt Kernanwendungen Geokunststoffe Straßenbau Straßensanierung Eisenbahnbau Wasserbau Stützkonstruktionen Privater Hausbau 55 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Straßenbau / Straßensanierung Polyfelt Kernanwendungen 56 Vorlesung Teil 1 Stand 09

29 Eisenbahnbau Polyfelt Kernanwendungen 57 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Wasserbau Polyfelt Kernanwendungen 58 Vorlesung Teil 1 Stand 09

30 Stützkonstruktionen Polyfelt Kernanwendungen 59 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Tunnelbau 60 Vorlesung Teil 1 Stand 09

31 Deponiebau 61 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Rohrleitungsbau 62 Vorlesung Teil 1 Stand 09

32 Spezialanwendungen 63 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Hochbau 64 Vorlesung Teil 1 Stand 09

33 Privater Hausbau Polyfelt Kernanwendungen 65 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geokunststoffe Herstellungsspezifische Eigenschaften Prüfverfahren 66 Vorlesung Teil 1 Stand 09

34 Rohstoffe 67 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geokunststoffe Rohstoffe 68 Vorlesung Teil 1 Stand 09

35 Geotextiltypen Kraft-Dehnungs-Verhalten 69 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geotextiltypen Dehnsteifigkeit / Steifemodul 70 Vorlesung Teil 1 Stand 09

36 Geotextiltypen Vlies aus Regeneratfasern (Recyclingfasern) 71 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geotextiltypen Effekt von zyklischer Belastung auf ein Stapelfaservlies!... kann sehr leicht mit einem Handmuster gezeigt werden: 72 Vorlesung Teil 1 Stand 09

37 Geotextilien - Vliese Hammertest 73 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Geotextilien - Vliese Filterverhalten 74 Vorlesung Teil 1 Stand 09

38 Geotextilien - Vliese Filterverhalten UV-Beständigkeit 75 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Prüfverfahren 76 Vorlesung Teil 1 Stand 09

39 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 77 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Mechanische Prüfungen Streifenzugfestigkeit EN ISO Vorlesung Teil 1 Stand 09

40 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; 79 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Mechanische Prüfung Streifenzugfestigkeit EN ISO Diagramm: Auswertung Die Steigung des Graphs ist wesentlich; (Anpassungsfähigkeit des Produktes, Verformung des Produktes) Steigung des Graphes 80 Vorlesung Teil 1 Stand 09

41 Mechanische Prüfungen CBR Stempeldurchdrückkraft EN ISO Vorlesung Teil 1 Stand 09 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 82 Vorlesung Teil 1 Stand 09

42 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) 83 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Mechanische Prüfungen Kegelfallprüfung EN Vorlesung Teil 1 Stand 09

43 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. Der entstandene Lochdurchmesser wird bei 10 Mustern überprüft, die erhaltenen Werte schließen auf die Energieaufnahme des Produktes hin; 85 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Hydraulische Prüfungen Öffnungsweite EN ISO Vorlesung Teil 1 Stand 09

44 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 87 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Hydraulische Prüfungen Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene EN ISO Vorlesung Teil 1 Stand 09

45 Hydraulische Prüfungen Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene EN ISO Möglichkeiten: - konstanter Wasserspiegel - fallender Wasserspiegel Resultat: v - Index [mm/s] Permittivität [s -1 ] 89 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Umrechnung der Einheiten Permittivität DIN (alter Standard): Resultat des Tests: Kv [m/s] Mit i = 1: i = H/d = 1 Permittivität: ψ = Kv / d [s-1] s-1 x 100 [l/m²s] h = 100 EN ISO (neuer Standard): Resultat des Tests: V-Index [mm/s] = [l/m 2 s] V-Index / 50 [s-1] ( h = 50 mm) s-1 x 50 [l/m²s] Berechnung von Kv [m/s 10-3 ]: (V-Index [mm] x t bei 2 kpa [mm]) / h 90 Vorlesung Teil 1 Stand 09

46 Hydraulische Prüfungen Wasserdurchlässigkeit in der Ebene EN ISO Vorlesung Teil 1 Stand 09 Hydraulische Prüfungen Wasserdurchlässigkeit in der Ebene EN ISO Auflast (20, 100, 200 kpa) Konstanter Wasserspiegel Hydraulischer Gradient: i = 1, i = 0,1 Resultat: Transmissivität θ [10-7 m²/s] 92 Vorlesung Teil 1 Stand 09

47 Umrechnung der Einheiten Transmissivität DIN (alter Standard): Resultat der Tests: Kh [m/s] Mit i = 1: i = H/d = 1 Transmissivität: θ = Kh x d [m²/s] Wasserfluss q (i = 1): θ x 1000 [l/ms] EN ISO (neuer Standard): Result des Tests: θ [10-7m²/s] Wasserfluss q (i = 1): θ x 1000 [l/ms] q x 3600 [l/mh] oder: (10-7)m²/s x 0,36 [l/mh] 93 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Sonderprüfungen Herausziehversuch EN Einbaubeschädigung EN ISO Chemikalienbeständigkeit EN Thermooxidativer Abbau EN ISO Hydrolyse EN ASTM-Standards 94 Vorlesung Teil 1 Stand 09

48 Sonderprüfungen Kriechen EN ISO Vorlesung Teil 1 Stand 09 Sonderprüfungen Scheuerbeständigkeit EN ISO Vorlesung Teil 1 Stand 09

49 Sonderprüfungen Scheuerbeständigkeit EN ISO Vorlesung Teil 1 Stand 09 Sonderprüfungen Scherkasten EN ISO T1 Schiefe Ebene EN ISO T2 98 Vorlesung Teil 1 Stand 09

50 Sonderprüfungen Schutzwirksamkeit - Drucktopfversuch EN Vorlesung Teil 1 Stand 09 Sonderprüfungen Schutzwirksamkeit Pyramidendurchdrückversuch EN bzw. ON S Vorlesung Teil 1 Stand 09

51 Sonderprüfungen Bewitterung EN Vorlesung Teil 1 Stand 09 Sonderprüfungen Mikrobiologischer Abbau EN Vorlesung Teil 1 Stand 09

52 Sonderprüfungen Faserprüfung The testing of the separate fibres is done by using two devices. With the Vibroskop the mass according to the length, the so called titer, is determined. The fibre is fixed between two clamps in the Vibrodyn and its tensile strength and elongation is measured. 103 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Vergleich der Prüfverfahren EN ISO vs. ASTM Gewicht Dicke Höchstzugkraft/-Dehnung CBR Stempeldurchdrückkraft Kegelfall Mullen Burst / Burst strength Grabzug/-dehnung Wasserdurchlässigkeit; normal Wasserdurchlässigkeit, horizontal Öffnungsweite EN 965 EN EN ISO EN ISO EN EN EN ISO EN ISO EN ISO ASTM D 5261 ASTM D 5199 ASTM D 5199 ASTM D ASTM D 3786 ASTM D 4632 ASTM D 4491 ASTM D4716 ASTM D Vorlesung Teil 1 Stand 09

53 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. 105 Vorlesung Teil 1 Stand 09 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 Vorlesung Teil 1 Stand 09

54 CE Marking Anwendungsnormen 107 Vorlesung Teil 1 Stand 09 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. 108 Vorlesung Teil 1 Stand 09

55 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 ). 109 Vorlesung Teil 1 Stand 09 Ende 110 Vorlesung Teil 1 Stand 09

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