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Geosynthetics In Civil Engineering
Dipl.Ing. Klaus Oberreiter, MBA
Teil 4: Wasserbau
Wasserbau
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Erosionschutz Arten von Erosion
1. Externe Erosion
(Oberflächenerosion)
2. Interne Erosion
(Wasserbau, Küstenschutz)
Interne Erosion Typische Schadensbilder
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Interne Erosion Küstenschutz, Wellenbrecher, Dammbau,….
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
Interne Erosion Aktiv- vs. Passivfilter
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• Ohne Filtersystem:
– Bodenpartikel werden ausgespült
– Destabilisierung des Korngerüstes
• Mit Filtersystem
– Bodenkörner werden stabilisiert
– Dauerhafter Wasserdurchfluss
– Aktiver Filter
Interne Erosion Bodenfilter: Funktion
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
Interne Erosion Bodenfilter: Wirkungsweise
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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
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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 dSkelett = C x d85
d30
D10*d60 C =
2
Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: FÖW
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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
Bodenseite
Ein Bodenpartikel trifft
mehrere « Tore » auf
dem Weg durch das
GTX.
0
2
1
mm
1 2
10
4
5
12
11
13
3
9 8 7
6
Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Anzahl der Constrictions
Die Anzahl der « Tore » ist ein dimensionsloser Parameter, welcher die
Eigenschaften des Filtergeotextils (Dicke, Porosiät, Fiberstärke) definiert
( ) m Porosität Dicke
Fiberstärke = 1
Nach Dr. J.P. Giroud
Internationale Konferenz Geofilter’96
Montréal.
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Durchlässigkeitsregeln : Die Durchlässigkeit von Filtersystemen muss größer sein als die des Bodens. (10-100X)
Allgemeine Durchlässigkeitsregel KFilter Systeme >> kBoden
KFilter Systeme > 10*i*kBoden (Giroud)
i schwankt zwischen 1 -10 1-1,5 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: Wasserdurchlässigkeit
- Einfluß der Fallenergie
- Bodensteifigkeit
Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Hohe Einbaubeanspruchung
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Produkt mit niedrigem Dehnungspotential
Produkt mit hohem Dehnungspotential
Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Maximal absorbierbare Energie
Interne Erosion Filtergeotextil Kriterien: Allgemeiner Produktvergleich
Sehr hohe
Wasserdurch-
lässigkeit
Ausschwemmung
Sehr hohe
Wasserdurch-
lässigkeit
Ausschwemmung
Gewebe
z.B.Geolon PP
Stapelfaser
Grobfaservlies,
dick
Optimales
Filtervlies
2-lagig,
25-40 constrictions
Sehr hohe
Wasserdurchlässigkeit
Optimaler
Bodenrückhalt ohne
Verstopfen
Stapelfaser
Feinfaservlies,
dünn
Gute
Wasserdurch-
lässigkeit
Neigt zum
Verstopfen
Geringe
Wasserdurch-
lässigkeit
Neigt zum
Verstopfen
Thermisch
Verfestigte
Vliese
z.B. Typar
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Einbau von Geotextilien Unterwasserbefestigung
Ponton
1. Auflast mit Stahlstangen
Ponton
2. Fortführendes Belasten
Ponton
3. Befestigung mit Taucher 4. Abrollen am Grund und Belasten
Einbau von Geotextilien Unterwasserbefestigung
Eisenstange
Sand/Schotter
Schweißen, od. Vernähen
2. Positionieren und Belasten
Detail:
1. Auflast und Ballast
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Einbau von Geotextilien Unterwasserbefestigung / Überlappung
Überlappen >1m
Verlegerichtung
Auflast
Fließrichtung
Trockene Verhältnisse: auch Schweißen möglich; Materialeinsparung!
Überlappung etwa. 10cm
Befestigung von Metallstangen Transport zur
Einbaustelle
1 2
3 4
Positionieren mittels Schwimmen
Ablauf des Einbaus (Schwimmende Methode)
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Ablauf des Einbaus (Schwimmende Methode)
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7
Positionieren
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Befestigung im oberen Bereich Einbau von Blockwurf
Einbau Geotextilien (Kopfbefestigung)
Depending on local situation
Humus
1.
2.
3.
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Einbau von Geotextilien (Fußbefestigung)
Blockwurf
1.
2.
3.
Praxisbeispiele
Donaukraftwerk Greifenstein, 1981, Austria
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Praxisbeispiele Praxisbeispiele Kraftwerk Blanca, Slowenien
Praxisbeispiele Hochwasserschutzdamm Mauthausen
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Praxisbeispiele Donauradweg Süd Aggsbach-St.Johann
Praxisbeispiele Piatowsky Kanal, Polen
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Praxisbeispiele Bostanj, Slowenien
HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe
Trennen, Filtern und Schützen mit HaTe® - Vliesstoffen/Geweben
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Vielfältige
Schutzfunktion
von HaTe® -
Produkten
HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe
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Deckwerksbau
im Küstenschutz
HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe
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HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe
Business Bay Projekt
Dubai, UAE
2005/2006
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HaTe® - Sandmatte
Trennen und Filtern mit der HaTe® - Sandmatte
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HaTe® - Sandmatte
Deckwerksbau
Sohlsicherung
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HaTe® - Sandmatte
Deckwerksbau
JadeWeserPort
2008-2012
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Stabilenka® / Comtrac®
Bewehren und Schützen mit
Stabilenka®/Comtrac®
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Stabilenka® / Comtrac®
Aufstandsflächenbewehrung
bei einem „Damm auf
vertikalen Traggliedern“
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Stabilenka® / Comtrac®
Aufstandsflächenbewehrung
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Wilmington Harbour, USA, 1990
Großformatige Panels zur Landgewinnung
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Stabilenka® / Comtrac®
Strandschutz (GWR)
Biscarosse, FRA, 2000
2000
2008
2008
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Stabilenka® / Comtrac®
Hafenbeckenverfüllung
Rodewischhafen, Hamburg, 2004
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Fortrac 3D®
Hochwasserentlastungs-
gerinne
Geosysteme
•Geobag System
•Geotube® System
•Geocontainer® System
Geosysteme sind mit Sand gefüllte Elemente, aus speziell für diese
Anwendungen produzierten Geweben.
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Geotextile Verpackungselemente
Säcke - 0,3 m³ bis 10 m³
Container - 100 m³ bis 600 m³
Schläuche - Ø 0,5 m bis 4,0 m; L
= 25 m bis 100 m
Matten - Zwei miteinander verbundene Lagen
Geotextil
Definition CUR 217
Handsäcke - Bis 25 kg
Großsäcke - 25 kg bis 2 m³
Großelemente - über 2 m³
Schläuche - Endlosschläuche
Körbe und Matratzen
- Gabionen - Matratzen mit
Abstandshaltern bei 5
bis 50 cm Dicke
Definition EAG-Con des AK 5.1
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Bemessung
Bemessung: - DVWK Merkblatt 221 (1992)
- BAW: MAG (1993)
- Pilarczyk: Geosynthetics and
Geosystems in Hydraulic and
Coastal Engineering (2000)
- CUR 217 (2006)
- PIANC Report no 113 (2011)
- EAG-Con AK 5.1 (in Vorbereitung)
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Praxisbeispiele Shuweihat Harbour, Dubai
Geotube® and Geocontainer®, Geobags Anwendungen
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SoilTain® - Säcke
Schützen und Verpacken mit SoilTain® - Säcken
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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%
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SoilTain® - Säcke
~80% verfüllter
1m³ SoilTain®
Sack vor der
Installation
Deformation
des 1m³
SoilTain®
Sackes nach
Verlegung
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SoilTain® - Säcke
Baustellenübersicht
Installierte
SoilTain® Säcke
Einbau-
gerät Angelieferte
SoilTain® Säcke
Verfüllte SoilTain®
Säcke
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SoilTain® - Säcke
Befüllung
je nach Art des Sackes mit
Schalung, fix installiertem
Trichter oder mobilem Befüllgerät
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SoilTain® - Säcke
Verschluss mit Handnähmaschinen
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SoilTain® - Säcke
Rüstersieler Watt, 1963: 1 m³ Säcke aus Polyamid
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SoilTain® - Säcke
Böschungssicherung Tagebaurestsee Scheibe,
Hoyerswerda, Sachsen, 2008: 1m³ Vliesstoffsäcke
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SoilTain® - Säcke
Endicott Island,
Alaska, 1985 Endicott Island,
Alaska, 2010 (Quelle: wikipedia.org)
34.000 Container mit 4 yd3 (3 m³)
aus einem Polyester-Gewebe
Geobags Künstliche Inseln
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Geotube®
Positionierung / Befüllung mit Tauchpumpen
Geotube® Temporärer Damm in Marokko
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Geotube® Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland
Geotube® Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland
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Geotube® Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland
Geotube® Amwaj Islands Project, Bahrein 2001
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Geotube® Amwaj Islands Project, Bahrein 2001
Wellenhöhe
(Hs)
Brechende Welle über Geotube
Wellenhöhe
nach dem Wellenbrecher
H2<Hs
Geotube
Geotube® Wellenbrecher unter Wasser
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Geotube® Wellenbrecher unter Wasser: Alassio, Italien, 2003
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SoilTain® - Schläuche
Schützen, Verpacken und Stabilisieren mit SoilTain® - Schläuchen
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SoilTain® - Schläuche
Hydraulisch oder
hydraulisch/mechanisch
mit Sand verfüllte
„geotextile Schläuche“
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SoilTain® - Schläuche
Küsten- und
Uferschutz
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Bemessung von Geotubes: Umfang und Höhe
Geotube®
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SoilTain® - Schläuche
Typischer Querschnitt als
Riffwellenbrecher
Typischer Querschnitt als Buhne
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SoilTain® - Schläuche
Bemessung „Interne“ und „externe“ Stabilitätsbetrachtung:
Intern: Zugfestigkeit, Öffnungsweite („Sanddichtheit“)
Extern: Stabilität infolge Strömung/Wellen
Bodenmechanisches Versagen des Untergrundes
Leshchinsky: GeoCoPS 3.0
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SoilTain® - Schläuche
San Vicenzo
San Vicenzo Juni/Juli 2008 Schlauchdurchmesser: 3,0 m Strukturhöhe: 1,6 m Wassertiefe: 2,0 m
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SoilTain® - Schläuche
18.11.2008
(nach ~ 3 Monaten)
21.05.2009
(Nach ~ 10 Monaten)
18.08.2009
(nach ~ 13 Monaten)
01.08.2008
(nach Einbau)
SoilTain® - Schläuche
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Port Salacgriva, LAT 2010 Anwendung: Landgewinnung Schlauchdurchmesser: 4,5 m Strukturhöhe: 2,4 m Wassertiefe: ca. 0,3 m
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SoilTain® - Schläuche
Draufsicht und
Querschnitt des
Randdammes
zur
Landgewinnung
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SoilTain® - Schläuche
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1) Schlauchverlegung
2) Schlauchverfüllung
3) Abdeckung
1) 2)
3)
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SoilTain® - Schläuche
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Geocontainer® Anwendungen:
•Kern für Dämme und Deiche
•Unterwasserberme
•Füllung von Erosionslöchern
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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 m3 till 1000 m3
•Geocontainers are taylor-made for a given splitbarge.
Geocontainer® Absenkvorgang
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Wasserbau Sonderanwendungen: Hafen Rotterdam
Wasserbau Sonderanwendungen: Uferschutz mit Faschinen
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HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe
Deckwerksbau
und Sohlsicherung
an Wasserstraßen
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HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe
Erosionsschutz/
Kolkschutz mit
Sinkmatten
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Einbau von
Sinkmatten
HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe
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Incomat®
Sohlsicherung
Hafenbecken/
Schiffsanleger
Embedment protection and
associated passive wedge
Propeller Suction