Geosynthetics In Civil Engineering · 18.05.2015 3 Bemessungsprinzip 1 Externe Stabilität: (Nachweisführung wie bei herkömmlichen Stützbauwerken) Alle Nachweise zielen auf eine

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Geosynthetics In Civil Engineering

Dipl.Ing. Klaus Oberreiter, MBA

Teil 6: Bewehrungsanwendungen

Bewehrungsanwendungen

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Stützkonstruktionen Kernanwendungen

Wirkungsweise

Tdes = Tmin / A1 * A2 * A3 * A4 * B

Gleitfläche

Geokunststoffbewehrung

in ursprünglicher Lage

Geokunststoffbewehrung

unter Belastung

Aktivierte Zugkraft

Aktivierte Zugkraft

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Bemessungsprinzip 1

Externe Stabilität: (Nachweisführung wie bei herkömmlichen Stützbauwerken)

Alle Nachweise zielen auf eine ausreichende Länge der Bewehrungslagen ab.

Kippen Gleiten

Böschungsbruch Grundbruch

Bemessungsprinzip 2

Interne Stabilität: zwei Nachweisführungen sind gefordert

Bruch der Bewehrung Herausziehen der Lagen

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EBGEO – Stützkonstruktionen

Anforderungen und Randbedingungen

Baugrundverhältnisse unterhalb und hinter der Stützkonstruktion

Lage des Grundwasserspiegels

Einflüsse durch Schichtwässer

Böschungsneigung der Baugrube bzw. einer existierenden Böschung

Höhe und Neigung der bewehrten Stützkonstruktion

Gestaltung und Anforderung der Frontausbildung

Vorgesehene Nutzungsdauer

Einwirkungen auf die Konstruktion z.B. Verkehrslasten

Zulässige Verformungen

Eigenschaften der vorgesehenen Baustoffe

EBGEO – Stützkonstruktionen

Nachweisführung

Grenzzustand der Tragfähigkeit GZ 1

Bruchmechanismen und Gleitlinien die Bewehrungslagen schneiden

(früher: Nachweis der inneren Standsicherheit)

Bruch der Bewehrung

Herausziehen der Bewehrung

Bruchmechanismen und Gleitlinien die Bewehrungslagen nicht schneiden

bzw. auf Bewehrung abgleitender Gleitkörper

(früher: Nachweis der äußeren Standsicherheit)

Widerstände von Bewehrungsanschlüssen, -fugen, -Konstruktionsteile

Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit GZ 2

Nachweis der Verformungen der Konstruktion, Einbauelemente,…

Setzungsberechnung nach DIN 4019

Lage der Sohldruckresultierenden nach DIN 1054

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DC Geotex Bemessungssoftware

ReSSA Bemessungssoftware

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Interne Stabilität Bemessungszugfestigkeit

Tdes = Tmin

A1*A2*A3*A4*A5*B

Tdes = Bemessungszugfestigkeit (LTDS)

Tmin = Kurzzeitzugfestigkeit des Produkts

A1 = Abminderungsfaktor Kriechen

A2 = Abminderungsfaktor Transport und Einbau

A3 = Abminderungsfaktor Fugen, Überlappungen, Nähte

A4 = Abminderungsfaktor Umgebungseinflüsse

A5 = Abminderungsfaktor für dynamische Lasteinwirkung

B = Sicherheitsfaktor gegen Bruch der Bewehrung

Zeitstandverhalten A1

Kriechen resultiert aus drei

Mechanismen:

• das schrittweise Begradigen und Anordnen der

molekularen Ketten in Richtung der

aufgebrachten Belastung

das schrittweise Gleiten der Molekularketten

untereinander

• die zeitabhängige Verformung der gesamten

Struktur

Prüfling

Elektrischer

Kontakt

Belastung

Kriechverhalten ist abhängig von:

- Rohstoff

- Belastung (Zugkraft)

- Dauer

- Temperatur

Das Kriechverhalten eines Geokunststoffes wird

in den Isochronen abgebildet.

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Zeit

Kra

ftD

ehnung

maximale Deformation

(Kriechversuch)

zulässige Langzeitbelastung

(Zeitstandbruchversuch)

Faktor A1

Faktor A1: Ermittlung der Isochronen

20% 40% 60% 80%

Geogitter wird unterschiedlichen Auslastungsgraden unterworfen (Auslastungsgrad = Belastung bezogen auf Kurzzeitfestigkeit)

Zu bestimmten Zeitpunkten wird die Verformung bzw. Dehnung gemessen

Belastungsgrad [%]

Dehnung

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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8

20% 40% 60% 80%

Geogitter wird unterschiedlichen Auslastungsgraden unterworfen. (Auslastungsgrad = Belastung bezogen auf Kurzzeitfestigkeit)


Belastungsgrad [%]

Dehnung

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t = 2 min -> e1


20% 40% 60%

Geogitter wird unterschiedlichen Auslastungsgraden unterworfen. (Auslastungsgrad = Belastung bezogen auf Kurzzeitfestigkeit)


Belastungsgrad [%]

Dehnung

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t = 2 min -> e1

gerissen

t = 1 Monat -> e2

usw...


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60,0

Bemessungs-

dauer 114 Jahre

Auslastung

60,0 %

Abminderungs-

faktor 1,67

Faktor A1: Zeitstandverhalten

Einbaubeanspruchung, Faktor A2

• Feldtests

• Labortests

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Baustellenversuche


Faktor A2

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Labortest Faktor A2

Dehnung [%]

Kraft (kN/m)

bei 5% Arbeitsdehnung:

Faktor liegt bei 1,0 !!

10

20

30

40

50

2 4 6 8

Bei Bruch:

Faktor 1,25


Ermittlung des Abminderungsfaktors

unbelastete Probe

installierte Probe

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Reißverschluß A3 ~ 2,0 Aramid Naht A3 ~ 2,0

Verarbeitung, Verbindungen, Nähte, etc.: Faktor A3

Materialunsicherheiten, RFmat

100% 95%

Vertrauensbereich Tult

Verarbeitung, Verbindungen, Nähte, etc.: Faktor A3

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Umgebungseinflüsse, RFCH

In der CE-Anwendungsnorm EN 13251 ‚Geforderte Eigenschaften von

Geokunststoffen für die Anwendung in Erd- und Grundbau sowie in

Stützbauwerken ‘ ist ein genau definiertes Testprogramm für den verwendeten

Rohstoff vorgegeben.

z.B. für Polyester: Hydrolyse EN ISO 12447

Angaben zur Beständigkeit: CE Begleitdokument

B: Teilsicherheitsbeiwert

Partielles Sicherheitskonzept (DIN 1054 neu):

B = 1,40 (LF 1); 1,30 (LF 2); 1,20 (LF 3)

LF1 – ständige Bemessungssituation LF2 – vorübergehende Bemessungssituation – z.B. Bauzustand LF3 – außergewöhnliche Bemessungssituation – z.B. Erdbeben

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Kurzzeitzugfestigkeit TSTTS

Langzeitzugfestigkeit TLTTS

Bemessungszugfestigkeit

TLTDS

Huesker Fortrac

TSTTS: 110 kN/m

TLTTS:

RFCR : 110 kN/m / 1,46 = 75 kN/m

RFID : 75 kN/m / 1,20 = 63 kN/m

RFmat : 63 kN/m / 1,00 = 63 kN/m

RFCH : 63 kN/m / 1,1 = 57 kN/m

TLTDS:

FOS m: 57 kN/m / 1,4 = 41 kN/m

typischer Auslastungsgrad 30 – 40%

RFCR

RFID

RFCH

m

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Bewehrte Erde: Außenhautgestaltung

• Grüne Lösungen • Graue Lösungen

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Bewehrte Wand Frankreich

Geokunststoffbewehrte Stützkonstruktionen

• Lärmschutzwände

• Stützbauwerke / Steilböschung / Geländesprungsicherung

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• Erddruckfänger



• Erddruckfänger

• Brückenwiderlager


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Temporäre Schalung

Frontelemente Verlorene Schlung

Aufbauprozess für typische Systeme

Temporäre Schalung

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1. Herstellen Planum/ Aufstellen Schalung

2. Geogitter verlegen 3. Erosionsschutz 4. Boden 1.Lage 5. Boden Front 6. Rückumschlag 7. Boden komplett 8. Umsetzung

Schalung und Punkte 1 – 7

9. Fertige Wand

Temporäre Schalung

1. 2. 3.

4. 5. 6. 7.

1. Herstellung Planum und Schotterbett

2. Geogitter und Frontelemente

3. Ausrichten 4. Boden 1.Lage 5. Boden 2.Lage 6. Punkte 2-5 7. Fertige Wand

Blocksteine

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sandbags

Verlorene Schalung

1. Herstllung Planum/ Aufstellen Stahl-element

2. Erosionsschutz 3. Geogitter 4. Boden 1.Lage 5. Boden Front 6. Rückumschlag 7. Rückumschlag

Erosionsschutz 8. Boden 2.Lage

komplett 9. Punkte 1 – 8 10.Fertige Wand

Verlorene Schalung

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Bewehrte Wand A9 Phyrn/Österr.

Zahlen & Fakten A9 Phyrn-Autobahn, BL7 Frühling/Sommer 2004

Beteiligte Firmen Baufirma: ARGE Habau, Alpine Planung: Spirk Partner Ziviltechniker Gmbh

Geokunststoffbewehrte

Stützkonstruktionen Beispiel B169 Ginzling

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Geokunststoffbewehrte Stützkonstruktionen Beispiel Handl (1)

Geokunststoffbewehrte

Stützkonstruktionen Beispiel Handl (2)

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Geokunststoffbewehrte Stützkonstruktionen Beispiel Handl (3)

Rutschhangsanierung Samobor / Kroatien

Bauherr: Magistrat von Samobor

Bemessung: GeoKon, Zagreb Baufirma: Stridon Promet,Zagreb Böschungshöhe: 12 m Böschungsneigung: 1 : 1.5

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Rutschhangsanierung Samobor / Kroatien

Stützmauer, Tirol

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Steinschlagschutzwall Eiblschrofen/Schwaz

10.Juli 1999

2 Auffangdämme:

25m hoch

Basis 80m

Kubatur: 180.000m³

Bauzeit < 2 Monate

WLV Tirol, TU Wien, ILF

System: Verlorene Schalung

Lagenabstand 50 cm

100 kN/m Zugfestigkeit

Einbindelänge 6,0m


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Lawinenschutzmauer Lanersbach

2001

Höhe 10 m, Neigung 60°

Statisch unabhängig von

Stahlbetonmauer

4 verschiedene

Begrünungssysteme

Randbereich:

Grobsteinschlichtung

System: verloreneSchalung

Lagenabstand 50 cm

Zugfestigkeit 50 kN/m


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Geokunststoffe für naturnahe Baumaßnahmen Forststrassen / Güterwege

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Geokunststoffe für naturnahe Baumaßnahmen Pistenverbreiterung

Stützkonstruktion

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Brückenwiderlager

Brückenwiderlager

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Geokunststoffe für naturnahe Baumaßnahmen Sanierung B115

B115

Instabile Steinwand

Rutschung durch

Hangwasser

Alte Trasse

Neue Trasse

(200m)

Backfill:

sG ‘=37,5°

Füll Material:

sG ‘=37,5°

Fundierung:

stabiler Fels


Objekt: Erdstützkonstruktion (70°) Höhe: 34m

Bauherr: Steiermärkische Landesregierung FA 18B

ENNS

Kosteneinsparung gegenüber

Brückenkonstruktion:

€ 250.000,-

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27.04.05


05.05.05

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B115 Eisen Straße

2 EXCAVATORS

1 COMPACTOR

Transport of Fill Material

2 WORKERS

Staff for Machines Daily Work:

At the beginning 100m³ fill/day

At half of structure 1.000m³ fill/day


Strain over Time

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

unload

ed

load

0.5

m fi

ll

load

4.5

m fi

ll

load

8.0

m fi

ll

load

end

stad

ion

afte

r som

e he

avy ra

infa

ll

Str

ain

[%

]

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

Sensor 4

Sensor 5

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B115 Eisen Straße

07.06.05

B115 Eisen Straße

07.06.05

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Quelle: Google

48 km lang Verbindung zwischen Trieben im Paltental und Judenburg im Murtal Streckenabschnitt zwischen Trieben und Sunk

Trieben – Sunk: Neubau B114

B 114 „alt“

B 114 „neu“

Neubau der Strecke Verlegung auf die gegenüberliegende Seite Aufrechterhaltung des Verkehrs


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Fahrbahn

Konventioneller Straßendamm

1. Abtragsebene

2. Abtragsebene

3. Abtragsebene

4. Abtragsebene

5. Abtragsebene

6. Abtragsebene

Zwischenniveau Dammaufbau

Zwischenniveau Dammaufbau

Fußplatte

Magerbetonschlitz

Temporärsicherung mit 15cm Spritzbeton und IBO- Anker 4 – 12m


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Arbeitsvorbereitung


Böschungsaufbau


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Böschungsaufbau



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Kostenvergleich versch. Stützbauwerke

Vorgabe:

• Neubau einer Straße

• in eine Böschung mit einer Neigung 2:3

• d.h. Böschungsanschnitt erforderlich

• 3 verschieden Stützkonstruktionen

werden verglichen

Schwergewichtsmauer

Raumgitterwand

Geokunststoff-bewehrte Steilböschung

[*Diplomarbeit TU Graz, Österreich]

~ 4m

2

35

78

2

2

35

33

1

2

42

18

2

0

20

40

60

80

100

120

Ta

ge

Var. A -

Schwergewichtswand

Var. B -

Raumgitterwand

Var. C -

GS-bewehrte Steilböschung

Bauzeit

Bst. einrichten Aushub/Sicherung Herstellen Wand Bst. räumen

117 d

71 d 64 d

Übersicht Bauzeit

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Variante Bauzeit

[d]

Gemein-

kosten

'000 €

Einzel-

kosten

'000 €

Gesamt

kosten

'000 €

A Schwerge-

wichtswand

117

230

531

761

B Raumgitter-

wand

71

113

403

516

C GS-bewehrte

Steilböschung

64

105

343

448

Vergleich der Kosten

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Ko

ste

n in

€

Vart. A – Schwergewichtswand

Var. B – Raumgitterwand

Var. C – GS-bew. Steilböschung

Kosten per m²-Wandansichtsfläche

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Kostenvergleich GRI

Vorteile GS-bewehrter Lösung im Bauablauf

Konventionelle Bauweise

• Fundament erforderlich

• Baustelle muss beidseitig zugänglich sein

• Bst. muss mit schweren LKW‘s (Beton)

erreichbar sein

• Wartezeiten für Schalung und Aushärtung

des Betons

• Fertigstellung des Bauwerks

(Hinterfüllung) erst nach Aushärtung des

Betons möglich

Bauweise mit bewehrter Erde

• kein Fundament erforderlich

• Wand kann von hinten aufgebaut werden

• Bst. muss nur für leichtes Baugerät ausgelegt werden (Zufahrtsstraßen)

• keine Wartezeiten, relativ Wetterunabhängig

• Wand und Hinterfüllung können in einem hochgezogen werden, da selbes Material

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Living Noise Barrier: Introduction

Living Noise Barrier: Introduction

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Living Noise Barrier: Construction Details


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Living Noise Barrier: Measurements

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Living Noise Barrier: Measurements

Living Noise Barrier: Results

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Living Noise Barrier: Summary

Geosynthetic reinforced noise barriers are an alternative to

conventional barriers

The use of recycled RH as fill material does not cause in a

contamination of water

Vegetation represents an innovative, effective and optically appealing

solution, depending on the technique – still vegetation is a challange

Sound absorption is up to 100% higher than with conventional barriers

Depending on system cost savings up to 55% compared to

conventional barriers

Life Cycle Analysis & Carbon Footprint Why it is important?

Key advantage of Geosynthetic solutions is the significantly more

efficient use of resources compared to traditional civil engineering

solutions using concrete and/or steel

With the growing idea on sustainabilty within the construction

industry, Geosynthetic solutions can demonstrate the reduction of

carbon footprint

Environmental Product Declarations will become obligatory in

Europe in the near future

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Life Cycle Analysis & Carbon Footprint Argumentation

Financial Benefits

Reduced cost of imported material

Lower volumes of materials; material purchase costs and transportation are key areas

of cost saving

The Footprint calculator gives an estimated figure on cost savings in € due to

aggregate saving

Reduced cost of wastage

Through allowing reincorporation of existing lower quality soil on site

Less costs for disposal transport, landfill tax, gate fees,….

Environmental benefits

Reduced environmental carbon footprint of imported materials

Classical geoengineering solutions with concrete and steel have a high level of

embodied carbon and energy. Whilst geosynthetics have a similar high level of

embodied carbon, the overall geosynthetic solution would have a considerably smaller

caron footprint due to material saving and transport saving.

The Footprint calculator gives an estimated figure on Carbon savings due to

aggregate saving and therefore reduced transport.

Environmental savings from reduced transport

Life Cycle Analysis & Carbon Footprint WRAP Sustainable Geosystems

UK study on sustainable geosystems:

final report end 2/2010

TC project included in study:

Axis Business Park, Liverpool

Bund Wall: 350m long; 9,5m high

PEC 55/55 and TS 20

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Life Cycle Analysis & Carbon Footprint WRAP Sustainable Geosystems

Next steps

Technical Note on results of TC

project within WRAP study

4Q/2010: resp tbd

Life Cycle Analysis & Carbon Footprint ISO 14044:2006 Environmental Management – Requirements and

Guidelines for Life Cycle Assessment (LCA)

EAGM project with ETH Zürich - to push idea of Carbon Footprint and sustainability in civil engineering within

Europe

- to strengthen geosynthetic solutions vs. classical construction methods

- basis for active and common lobbying for the geosynthetic industry within Europe

- basis for active and common marketing activities and promotion for the geosynthetic industry within Europe

- basis for active marketing and promotion activities of every individual EAGM member on a common data basis to prevent competition

- basis to get a product environmental declaration by every individual participant of the study

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Life Cycle Analysis & Carbon Footprint LCA: system boundaries and indicators

Life Cycle Analysis & Carbon Footprint LCA: output of study e.g. reinforced wall

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Life Cycle Analysis & Carbon Footprint LCA: output of study e.g. reinforced wall

e.g. 84% saving

of CO2-emission

Ende

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Geosynthetics In Civil Engineering · 18.05.2015 3 Bemessungsprinzip 1 Externe Stabilität: (Nachweisführung wie bei herkömmlichen Stützbauwerken) Alle Nachweise zielen auf eine