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Institut für Geotechnik
Forschung am Institut für Geotechnik, neue Erkenntn isse beim Verbund- & Systemverhalten von Geokunststoffen in bi ndigen Böden
Sebastian AlthoffTU Bergakademie FreibergInstitut für GeotechnikGustav-Zeuner-Straße 109596 Freiberg
Telefon: +493731 39-3502
Fax: +493731 39-3501
Internet: www.ifgt.tu-freiberg.de
E-Mail: [email protected]
Dipl.–Ing. (FH) Sebastian Althoff
GLIEDERUNG
Geokunststoffe
EBGEO
Forschung am IFGT
Schlussfolgerungen
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 2
GEOKUNSTSTOFFE
Vlies gestrecktes gelegtes gewebtes/geraschelt
Begriffe nach DIN EN ISO 10318:• Geotextilien (Gewebe, Vliesstoffe und Maschenwaren)• Geogitter (gestreckte, gewebte, geraschelte, gelegte)• Geoverbundstoffe• Verwandte Produkte
3Geotechnisches Seminar, Januar 2011
GEOKUNSTSTOFFE
4Geotechnisches Seminar, Januar 2011
EBGEO
• Version 2010• in ca. 4 – 8 Wochen in englischer
Sprache• Dämme auf wenig tragfähigen
Untergrund• Bewehrte Gründungspolster• Stützkonstruktionen• Stützkonstruktionen• Deponiebau• Bewehrte Erdkörper auf punkt- oder
linienförmigen Traggliedern• Gründungssystem mit
geokunststoffummantelten Säulen• Überbrückungen von Erdeinbrüchen
5Geotechnisches Seminar, Januar 2011
EBGEO
RRRRB,kB,kB,kB,k = = = = RRRRB,kB,kB,kB,k 0000/(A/(A/(A/(A1111· A· A· A· A2222· A· A· A· A3333· A· A· A· A4444· A· A· A· A5555))))
RRRRB,dB,dB,dB,d = = = = RRRRB,kB,kB,kB,k ////γγγγMMMM
mit
6Geotechnisches Seminar, Januar 2011
RRRRB,dB,dB,dB,d = = = = RRRRB,kB,kB,kB,k ////γγγγMMMM
mit
RB,k 0 Kurzzeitfestigkeit (5%-Quantil) A1 Langzeitbeständigkeit
RB,k Langzeitfestigkeit A2 Einbaubeanspruchung
RB,d Bemessungsfestigkeit A3 Verbindungen
γM Teilsicherheitsbeiwert A4 chemische Beständigkeit
A5 dynamische Einwirkungen
EBGEO
fsg,k = λ · tan φk
mitλ Verbundbeiwert für Reibung
λ = tan δ / tan φ
Reibungs- und Verbundverhalten
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 7
λ = tan δ / tan φtan δ Reibungsbeiwert Geokunststoff / Bodentan φ Reibungsbeiwert Boden
fscg,k = λc · ck
mit λc Verbundbeiwert für Kohäsion λc = a /ca Adhäsion Geokunststoff / Boden c Kohäsion Boden (Messergebnis)ck charakteristische Kohäsion Boden
Zwei typische Situationen für das Verbundverhalten nach EBGEO (2010)
FORSCHUNG
Interaktionsprüfgerät (IPG)
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 8
Scherkastengröße L=437, W=437, H=200 [mm]
Normalspannungsbereich 0–600 kN/m²
Schubspannungsbereich 0-600 kN/m²
Maximale Scher- & Herausziehkraft 125 kN
Maximale Scherverschiebung 400 mm
Schergeschwindigkeit 0,000001–12,5 mm/min
FORSCHUNG
• Canitz-Schluff (CS5)
• schwach toniger und stark sandiger Schluff
• leicht plastisch
• in den Versuchen optimalen Wassergehalt eingestellt
Bodenphysikalische Untersuchungen
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 9
Eigenschaften: Zeichen: Maßeinheit: Versuchsergebnisse: CS5 Korndichte ρs [kg/m³] 2.600 Ausrollgrenze wp [1] 0,135 Fließgrenze wL [1] 0,176 Plastizitätszahl Ip [1] 0,0406 Optimaler Wassergehalt wopt [1] 0,113 Proctordichte ρPr [kg/m³] 1946
FORSCHUNG
• durch Stabilisierung mit Zement schnelle Zunahme der Druckfestigkeit und des Steifemoduls
• bei feinkörnigen Böden aufgrund des Zementstein-skeletts sehr hoher Zementbedarf
• Kalk zeigt nur eine moderate Erhöhung der Defor-mationskennwerte
• Kalk ruft eine Verfestigung der Aggregate durch eine Puzzolanreaktion des Kalkhydrats hervor
Bodenstabilisierung
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 10
• Kalk-Zementverhältnis von 30 zu 70 gewählt
• 3%-Zugabe des Mischbinders (M13) bezogen auf die Gesamtfeststoffmasse (der feuchten Probe)
• Langzeitbeständigkeit des Geogitters im alkalischen Milieu ist zu beachten
Erfahrungswerte zur Stabilisierung mit Mischbindern nach Witt (2002)
FORSCHUNG
• Untersuchungen an Lockergestein mit Kalk- und Zementstabilisierung sind sehr zeitintensiv
• die Reaktion tritt erst zeitlich versetzt ein
• gewöhnlich ist das Interaktionsprüfgerät (IPG) während der Reaktionszeit blockiert
• durch die Inlay-Technik kann die Probenherstellung vom IPG entkoppelt werden
• die Inlay-Rahmen haben sich in der Praxis bewährt
• die Versuchsserie wurde mit einer Reaktionszeit von 14 Tagen durchgeführt
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 11
von 14 Tagen durchgeführt
FORSCHUNG
Geokunststoffe:• biaxiales, gelegtes Geogitter aus PP(Material 09)
• einaxiales, gelegtes Geogitter aus PET(Material 10)
Mischbinder:• Dorosol C 30 von Holcim (M13)
Lockergestein:
Versuchsprogramm für Versuche mit Mischbinder
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 12
Lockergestein:• Canitz-Schluff (CS5)
Versuche:• Großrahmenscherversuche (ISV) im Mehrstufenverfahren, sowohl mit als auch ohne Mischbinder
• Großrahmenscherversuche (ISV) im Mehrstufenverfahren mit Trennfläche (VT), sowohl mit als auch ohne Mischbinder
• Großrahmenherausziehversuche (IPV) im Mehrstufenverfahren, sowohl mit als auch ohne Mischbinder
Versuchsgeschwindigkeit:• 1 mm/min
FORSCHUNG
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
No
rma
lsp
annu
ng [k
N/m
²]
Sch
ubsp
annu
ng [k
N/m
²]
Horizontalverschiebung [mm]
IPV-10-CS5-00-V2-110
Schubspannung
Normalspannung
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
Sch
ubsp
annu
ng [k
N/m
²]
Normalspannung [kN/m²]
IPV-10-CS5-00-V1 & V2
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V1
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V2
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c = φ =
9.3 kN/m²37.9 °
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 13
Beispiel für das Mehrstufenverfahren
•Verfälschungen durch den Probeneinbau entfallen
• wirtschaftlich & Zeitersparnis
• bei einem Weg von ca. 50 mm tritt Schädigung des Geogitters auf
• bei Schädigung des Geogitters neuer Mehrstufenversuch bei höherer Laststufe notwendig
FORSCHUNG
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
No
rma
lsp
annu
ng [k
N/m
²]
Sch
ubsp
annu
ng [k
N/m
²]
Horizontalverschiebung [mm]
IPV-10-CS5-00-V2-110
Schubspannung
Normalspannung
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
Sch
ubsp
annu
ng [k
N/m
²]
Normalspannung [kN/m²]
IPV-10-CS5-00-V1 & V2
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V1
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V2
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c = φ =
9.3 kN/m²37.9 °
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 14
Beispiel für das Mehrstufenverfahren
• Verfälschungen durch den Probeneinbau entfallen
• wirtschaftlich & Zeitersparnis
• bei einem Weg von ca. 50 mm tritt Schädigung des Geogitters auf
• bei Schädigung des Geogitters neuer Mehrstufenversuch anderen Laststufe notwendig
FORSCHUNG
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300
Sch
ubsp
annu
ng
[kN
/m²]
Normalspannung [kN/m²]
ISV-00-CS5-00-V4 bis V9
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V4-V9
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c' = φ' =
37.4 kN/m²30.2 °
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 100 200 300 400 500
Sch
ubsp
annu
ng
[kN
/m²]
Normalspannung [kN/m²]
ISV-00-CS5-M1314-V2,V4&V7
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V2
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V4
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V7
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c' = φ' =
71.5 kN/m²38.8 °
*
*
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 15
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300
Sch
ubsp
annu
ng
[kN
/m²]
Normalspannung [kN/m²]
ISV-00-CS5-M1314-VT1-112
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit
Theoretische Spitzenscherfestigkie
c' = φ' =
kN/m²33.5 °35.7*
*
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300
Sch
ubsp
annu
ng
[kN
/m²]
Normalspannung [kN/m²]
ISV-00-CS5-00-VT1-113
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c' = φ' =
38.1 kN/m²28.6 °
FORSCHUNG
300
350
400
450
500
Sch
ub
span
nun
g [k
N/m
²]ISV-00-CS5-M1314-V7-113
c' = φ' =
83.3 kN/m²37.5 °
* *
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 16
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500
Sch
ub
span
nun
g [k
N/m
²]
Normalspannung [kN/m²]
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
φ' = 37.5 °*
FORSCHUNG
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50
Sch
ubsp
annu
ng
[kN
/m²]
Normalspannung [kN/m²]
IPV-09-CS5-00-V1 bis V3
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V1
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V2
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V3
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c' = φ' =
10.7 kN/m²39.0 °
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
Sch
ubsp
annu
ng
[kN
/m²]
Normalspannung [kN/m²]
IPV-09-CS5-M1314-V1-113
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c' = φ' =
10.3 kN/m²27.3 °
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 17
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
Sch
ubs
pann
ung
[kN
/m²]
Normalspannung [kN/m²]
IPV-10-CS5-M1314-V1 bis V3
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V1
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V2
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V3
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c' = φ' =
15.3 kN/m²32.8 °
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
Sch
ubs
pann
ung
[kN
/m²]
Normalspannung [kN/m²]
IPV-10-CS5-00-V1 & V2
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V1
Experimentelle Spitzenscherfestigkeit V2
Theoretische Spitzenscherfestigkeit
c' = φ' =
9.3 kN/m²37.9 °
SCHLUSSFOLGERUNGEN
• Geometrie des Geogitters hat Einfluss auf das Verbundverhalten
• Herausziehversuche mit Mischbinder sind vergleichbar mit einem Geogitter zwischen zwei “Blöcken“
• Kombination von Geogittern und Bodenstabilisierung kann eine sinnvolle Bauweise sein
• die Mehrstufentechnik ist eine wirtschaftliche Versuchsmethode zur Untersuchung des Verbundverhaltens
• Inlay-Rahmen machen die Versuchsserie mit Mischbinder erst möglich
Geotechnisches Seminar, Januar 2011 20
• Inlay-Rahmen machen die Versuchsserie mit Mischbinder erst möglich
• Scherversuch und Herausziehversuch sollten bei gleicher Geschwindigkeit durchführt werden
• die Verdichtung in Höhe der Scherzone erzeugt eine Trennfläche
• Geogitter in der Scherfläche reduzieren die Kohäsion bzw. Adhäsion
• die Schädigung des Geogitter ist vom Herausziehweg abhängig
• alle Geogitter funktionieren
Vielen Dank!Vielen Dank!