Prof. Dr.-Ing. habil. Peter-Andreas v. Wolffersdorff Dipl.-Ing. Thilo Sembdner BAUGRUND WIEN Ingenieurgesellschaft mbh

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1 Verformungsuntersuchungen der Deponie Rautenweg mittels 3D-Finite-Elemente-Modellierung Prof. Dr.-Ing. habil. Peter-Andreas v. Wolffersdorff Dipl.-Ing. Thilo Sembdner BAUGRUND WIEN Ingenieurgesellschaft mbh Dipl.-Ing. Dr. Karl Reiselhuber Stadt Wien, MA (Magistratsabteilung) 48

2 Inhaltsübersicht Teil Angaben 1 grau zur Arail Deponie 24 pt Vorgehensweise bei der 3D-Modellierung 3D-Finite-Elemente-Modell Maßgebliche Berechnungsergebnisse Schlussbemerkungen

3 Standort der Deponie Rautenweg Geographische Lage im Stadtbereich Wien Schütthöhe: derzeit ca. 35 m über GOK geplante Aufhöhung maximal 45 m über GOK Größe: 54 ha

4 Geologische und hydrogeologische Verhältnisse Quartäre Donauschotter (weitgestufte Kiese) Steine und Blöcke ab ca. 20 m unter GOK Tertiärschichten (Sande und Schluffe) Niedrigster Grundwasserstand Mittlerer Grundwasserstand Höchster Grundwasserstand 7 m unter GOK 5,7 m unter GOK 4,7 m unter GOK

5 Wiener Dichtwandkammersystem Dichtwandkammersystem als vertikale Deponieumschließung 2 parallele Dichtwände (Abstände 5 8 m) Mittlere Tiefe 21,3 m Schmalwände ( m²) bis 25 m unter GOK darüber hinaus Dichtschlitzwände (4.800 m²) Durchschnittliche Durchlässigkeit k = 5, m/s 49 Dichtwandkammern (Länge m)

6 Geometrien der Randdämme aus Schlackebeton Beginn der Verwendung der neuen Dammgeometrie Verwendung der Dammgeometrie nach Pregl bis 2007 im kompletten Ostbereich

7 Geometrien der Randdämme aus Schlackebeton Verwendung der neuen Dammgeometrie für 3 Randdammhöhen: bis 170 m, 180 m, bis 190 m ü. A.

8 Geometrien der Randdämme aus Schlackebeton Dammgeometrie für die freien Schüttungen bis zur Endhöhe von 205 m ü. A.

9 3D-Modellierung Vorgehensweise Überfliegungsdaten und deren Dreiecksvernetzung (Beispiel 1998)

10 3D-Modellierung Vorgehensweise Erstellung von Isolinien anhand der Dreiecksvernetzung und Vereinfachung der Isolinien für Finite-Elemente-Modell (Beispiel 1998)

11 3D-Modellierung Vorgehensweise 3D Darstellung der Luftüberfliegungsdaten (Beispiel 1998)

12 3D-Modellierung Vorgehensweise Eingefügte geglättete Oberfläche in PLAXIS 3D (Beispiel 1998)

13 Besonderheiten bei komplexen 3D-FE-Modellierungen Glättungen der jeweiligen Oberflächen sind zur Verringerung der Anzahl der finiten Elemente notwendig. Zu große Elementanzahlen sind trotz modernster Hard- und Software nicht mehr handhabbar und somit nicht praxistauglich. Die Glättungen erfordern einen zusätzlichen Aufwand bei der Erstellung solcher 3D-FE-Modelle Verschneidungen von Oberflächen können zu sehr flachen Bereichen führen. Die hier entstehenden sehr flachen finiten 3D-Elemente können dabei geometrische entarten (Volumen 0). Eine Berechnung ist somit nicht möglich. Örtliche Anpassungen der Geometrie sind notwendig und erfordern einen erheblichen Aufwand. Infolge unvollständiger Verschneidungen zwischen Oberflächen, die nicht völlig auszuschließen sind, können fehlerhafte FE-Netze entstehen. Zur Beseitigung fehlerhafte Bereiche sind nach jeder neuen Oberflächengenerierung in das FE-Modell Testrechnungen notwendig.

14 3D-Finite-Elemente-Modell Äußere Abmessungen des Modells Modellgröße X Y Z min max

15 3D-Finite-Elemente-Modell Modell mit Finite-Elemente-Netz und Stützungen für den Endzustand Modell 3D Elemente 10-knotige Tetraederelemente Anzahl der Elemente Anzahl der Knoten Anzahl der Cluster 154

16 Berechnungsablauf Ausgeführte Berechnungsphasen Insgesamt 16 Berechnungsphase und 56 Berechnungsschritte

17 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 1: Anfangszustand

18 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 2: Aushub bis 1958

19 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 3: Aushub und Auftrag bis 1985

20 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 4: Einbau des Dichtwandsystems 1986

21 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 5: Schüttung bis 1991

22 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 6: Schüttung und Aufbau von Randdämmen bis 1994

23 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 7: Schüttung und Aufbau von Randdämmen bis 1998

24 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 8: Schüttung und Aufbau von Randdämmen bis 2007

25 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 9: Schüttung und Aufbau von Randdämmen bis 2012

26 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 10: Zukünftiger Ringschluss mit Randdämmen bis 170 m ü. A.

27 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 11: Zukünftige Schüttung mit Randdämmen bis 180 m ü. A.

28 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 12: Zukünftige Schüttung mit Randdämmen bis 190 m ü. A.

29 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 13: Zukünftige Schüttung mit Randdämmen bis 200 m ü. A.

30 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 14: Zukünftige Schüttung bis Endhöhe von 205 m ü. A.

31 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Phase 14: Zukünftige Schüttung bis Endhöhe von 205 m ü. A. Gesamtmodell

32 Bauablauf bzw. Berechnungsschritte im Überblick Darstellung des Dichtwandsystems

33 Materialmodellierung Materialmodell für Schmalwände und Schlitzwände Linear-elastisches Modell (Hooke sche Gesetz) Materialmodell für Randdämme aus Schlacke-Asche-Beton und Deponiekörper aus Verbrennungsrückständen Linear-elastisch, starr-plastisches Mohr-Coulomb-Modell Materialmodell für Deponiekörper aus Müllschüttung Elasto-plastisches Hardening Soil Modell Materialmodell für anstehende Böden Elasto-plastisches Hardening Soil Small Strain Modell

34 Berechnungsergebnisse für ausgewählte Bauzustände Auftrag bis 2012: Verformungen des Dichtwandsystems u tot,max = 12 mm (Überhöhung 2500 fach) BERATUNG MA 48 / MA 29 NOVEMBER 2013

35 Berechnungsergebnisse für ausgewählte Bauzustände Auftrag bis 2012: Verformungen des Dichtwandsystems Schnitt (200 fach) u tot,max = 12 mm Draufsicht (200 fach) Schnitt (200 fach) u totmax = 8 mm Draufsicht (200 fach) BERATUNG MA 48 / MA 29 NOVEMBER 2013

36 Berechnungsergebnisse für ausgewählte Bauzustände Auftrag bis 2012: Setzungen des Deponiekörpers 3D BERATUNG MA 48 / MA 29 NOVEMBER 2013

37 Berechnungsergebnisse für ausgewählte Bauzustände Auftrag bis 2012: Setzungen des Deponiekörpers und Verformungen Dichtwand Schnitt R10o u totmax = 8 mm u y,max = 3,0 m u tot,max = 12 mm BERATUNG MA 48 / MA 29 NOVEMBER 2013

38 Berechnungsergebnisse für ausgewählte Bauzustände Auftrag bis 205 m ü. A.: Verformungen des Dichtwandsystems u tot,max = 32 mm (Überhöhung 2500 fach) BERATUNG MA 48 / MA 29 NOVEMBER 2013

39 Berechnungsergebnisse für ausgewählte Bauzustände Auftrag bis 205 m ü. A.: Verformungen des Dichtwandsystems Schnitt (200 fach) u tot,max = 19 mm Draufsicht (200 fach) Schnitt (200 fach) u totmax = 32 mm Draufsicht (200 fach) BERATUNG MA 48 / MA 29 NOVEMBER 2013

40 Berechnungsergebnisse für ausgewählte Bauzustände Auftrag bis 205 m ü. A.: Setzungen des Deponiekörpers 3D BERATUNG MA 48 / MA 29 NOVEMBER 2013

41 Berechnungsergebnisse für ausgewählte Bauzustände Auftrag bis 205 m ü. A.: Setzungen des Deponiekörpers und Verformungen der Dichtwand Schnitt R10o u totmax = 32 mm u y,max = 3,6 m u tot,max = 19 mm BERATUNG MA 48 / MA 29 NOVEMBER 2013

42 Schlussbemerkungen Die Software PLAXIS 3D erlaubt eine vollständige 3D-Modellierung der sehr komplexen Deponiegeometrie mit Berücksichtigung aller maßgeblichen Bauzustände. Abschnitte des Dichtwandsystems mit maßgeblichen Verschiebungen und Deformationen sind anhand der 3D-FE-Anlayse feststellbar. Gemäß 3D-FE-Analyse sind keine für das Dichtwandsystem unverträglichen Verschiebungen und Deformationen im Endzustand zu erwarten. Eine Validierung der Verformungen des Dichtwandsystems wird anhand vorliegender Inklinometer-Messergebnisse empfohlen.

43 Schlussbemerkungen Die berechneten Setzungen des Deponiekörpers für bisherige und zukünftige Deponiezustände sind nur grobe Schätzwerte; Validierung ist anhand von Messergebnissen einzubauender Extensometer erforderlich. 3D-FE-Berechnung ist eine geeignete Grundlage für die Erstellung eines effizienten und kostengünstigen Messkonzeptes. Änderungen in der Geometrie erfordern hohen Aufwand; nur maßgebliche geometrische Veränderungen sollten daher berücksichtigt werden.

44 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit