20.06.2011

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Geosynthetics In Civil Engineering

Dipl.Ing. Klaus Oberreiter, MBA

17.-18.Juni 2011

Teil 3 – 2011: Wasserbau, Erosionsschutz, Dränagesysteme

Wasserbau

Erosionsschutz

Dränagesysteme

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ErosionschutzArten von Erosion

1. Externe Erosion

(Oberflächenerosion)

2. Interne Erosion

(Wasserbau, Küstenschutz)

Interne ErosionTypische Schadensbilder

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Interne ErosionKüstenschutz, Wellenbrecher, Dammbau,….

Aktiver FilterBodenfilter

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 ErosionAktiv- vs. Passivfilter

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• Ohne Filtersystem:

– Bodenpartikel werden ausgespült

– Destabilisierung des Korngerüstes

• Mit Filtersystem

– Bodenkörner werden stabilisiert

– Dauerhafter Wasserdurchfluss

– Aktiver Filter

Interne ErosionBodenfilter: 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 ErosionBodenfilter: Wirkungsweise

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Interne ErosionBodenfilter: Valcros Damm 1992 – Filtergeotextil nach 22 Jahren

Gebrauchsdauer im Dammfuß

Die wichtigsten Eigenschaften sind bekannt.

Sie müssen nun definiert werden.

Interne ErosionBodenfilter: Bemessung

1. Art der Anwendung

2. Art der Funktion

3. Definition der Eigenschaften

4. Planung und Ausschreibung

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Interne ErosionFiltergeotextil: Eigenschaften / Kriterien

Funktionale KriterienFilteröffnungsweite

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

Interne ErosionKriterien Filtergeotextil: FÖW

Filteröffnungsweite : FÖW

Definition :Wird durch das größe Korn bestimmt, dass durch ein bestimmtesProdukt durchwandernkann.

Design :Der Filter soll den Boden stützen, und die Ausbildung eines Aktiven Filters sicherstellen.

Rückhalteregel :

FÖW dSkelett = C x d85

d30

D10*d60C =

2

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Interne ErosionFiltergeotextil Kriterien: FÖW

Die Dicke eines GTX kann

ebenfalls über die Anzahl der

« Tore » definiert werden.

Tore <25…Unzureichende

Bodenstabilität

Tore >40…Erhöhtes Risiko

des Verstopfens

Interne ErosionFiltergeotextil 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

987

6

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Interne ErosionFiltergeotextil Kriterien: Anzahl der Constrictions

Die Anzahl der « Tore » ist ein dimensionsloser Parameter, welcher die

Eigenschaften des Filtergeotextils (Dicke, Porosiät, Fiberstärke) definiert

m PorositätDicke

Fiberstärke1

Nach Dr. J.P. Giroud

Internationale Konferenz Geofilter’96

Montréal.

Thermisch

verfestigte

GeotextilienThermisch verfestigtes Gtx

Mechanisch verfestigtes Gtx

Interne ErosionFiltergeotextil Kriterien: Flexibilität

Mechanisch

verfestigtes

Spinnvlies

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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 Fundamententwässerungen3-10 für Dammentwässerungen10 für Küstenschutz

KFilter Systeme >> 20*kBoden nach Lafleur

KFilter systeme >> 50*kBoden (schluffigen Boden) nach. BAW

KFilter systeme >> 10*kBoden (hart schluffigen Boden)

Interne ErosionFiltergeotextil Kriterien: Wasserdurchlässigkeit

- Einfluß der Fallenergie

- Bodensteifigkeit

Interne ErosionFiltergeotextil Kriterien: Hohe Einbaubeanspruchung

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Produkt mit niedrigemDehnungspotential

Produkt mit hohemDehnungspotential

Interne ErosionFiltergeotextil Kriterien: Maximal absorbierbare Energie

• Dehnung bei Höchstzugkraft

• Absorbierende Energie

• CBR Stempeldurchdrückkraft

• Filter Öffnungsweite

• Anzahl der Constrictions

• Flexibilität

• Wasserdurchlässigkeit

1. Funkionale Eigenschaften

2. Verhinderung vor Beschädigung während des Einbaus

3. Eigenschaften der Haltbarkeit

• UV Schutz

Interne ErosionFiltergeotextil Kriterien: Prüfnormen

Norm Anforderung

EN ISO 12956 0,08mm

Acc. Giroud 25-40

Abhängig von Produktionsart

EN ISO 12236 >3000N

EN ISO 10319 >9KN/m

EN 12 224 >80%

EN ISO 11058 >30mm/s

EN ISO 10319 > 60%

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Interne ErosionFiltergeotextil 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

z.B. Polyfelt F

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

Interne ErosionFiltergeotextil: Produktvergleich Endlosfaser vs. Stapelfaser

Stapelfaserprodukte (z.B. NAUE) haben gewöhnlich einen größeren

Faserdurchmesser und eine kleinere Dichte, (Wert Dicke/Masse) als

dünnere Endlosfaser Produkte, wie z.B. TC Polyfelt F.

Weiters ist die Filterporosität größer (n>0.92) als für TC Polyfelt F

(n<0.88).

Der Faserabstand ist daher größer, deshalb benötigen

Stapelfaserprodukte mehr Dicke. (oder eine höhere Anzahl an

Constriction)

Durch die größere Dicke und Anzahl der Constrictions besteht die

Gefahr des Zusetzens innerhalb des Produktes.

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Interne ErosionFiltergeotextil: Produktvergleich Endlosfaser vs. Thermisch

verfestigte Vliese

Während des Produktionsprozesses werden die Fasern bis zum

Schmelzpunkt erhitzt, und dadurch ineinander verklebt.

Durch diese Verschmelzung der Fasern wird die Verfestigung erreicht.

So gesehen kann die Anzahl der Constrictions nicht durch eine

Schicht an Fasern definiert werden. Durch die Verklebung der Fasern

besteht ein Constriction oftmals aus 2 oder 3 Fasern.

Thermisch verfestigte Geotextilien brauchen mehr Fasern (oder

Dicke) als mechanisch verfestigte Geotextilien zur Erreichung von 25-

40 Constrictions.

Gefahr des Ausbildens eines “Filterkuchens” an der Kontaktfläche Gtx/Boden und damit verbundenes Verstopfen.

Interne ErosionFiltergeotextil: Filterverlust durch Bodenausschwemmung

Ursachen :

* Öffnungsweite des Filters > Bodenkörner

* Beschädigung während des Einbaus Löcher

Lösungen :

* Passender Entwurf nach geltenden Richtlinien

* Hohes Dehnunspotential der verw. Produkte

* Resistent gegen mechanische Beschädigung

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Ursachen :

* Bodengerüst ist instabil

* Öffnungsweite des Filters < Bodenkörner

* Schlechter Kontakt Boden/Filter

Lösungen :

* Passendes Design

* Hohe Flexibilität des Filters

Interne ErosionFiltergeotextil: Filterverlust durch Zusetzen/Verstopfung

Interne ErosionFiltergeotextil: Dränagesystem vs. Küstenschutz

Produkt TS20 TS30 TS50 TS70

Dichte der Fasern kg/m3 910 910 910 910

Faserdurchmesser µm 37 37 37 37

Masse g/m2 125 155 200 325

Dicke bei 2kPa tg 1,2 1,3 1,9 2,9

Porösität - 0,89 0,89 0,88 0,88

Anzahl der Constrictions - 11 14 17 28

Produkt F60 F70 F80

Dichte der Fasern kg/m3 910 910 910

Faserdurchmesser µm 27 27 27

Mass (Filter only) g/m2 256 312 348

Masse

(Filter+Schutzschicht)g/m2 400 600 800

Dicke bei 2kPa tg 2,2 2,3 2,5

Porösität - 0,87 0,85 0,85

Anzahl der Constrictions - 29 33 36

Anwendung: Dränagesystem Anwendung: Küstenschutz

Wasserandrang in eine Richtung kontinuierlicher Wasserandrang in zwei Richtungen

Niedrige mech. Beanspruchung

(Kies <40mm Durchdrückkräfte bei Einbau zw. TS

20 und TS70 ist ausreichend;

bei einseitigen Wasserandrang soll m>11)

Hohe mech. Belastung während des Einbaus

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Einbau von GeotextilienUnterwasserbefestigung

Ponton

1. Auflast mit Stahlstangen

Ponton

2. Fortführendes Belasten

Ponton

3. Befestigung mit Taucher 4. Abrollen am Grund und Belasten

Einbau von GeotextilienUnterwasserbefestigung

Eisenstange

Sand/Schotter

Schweißen, od. Vernähen

2. Positionieren und Belasten

Detail:

1. Auflast und Ballast

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Einbau von GeotextilienUnterwasserbefestigung / Überlappung

Überlappen>1m

Verlegerichtung

Auflast

Fließrichtung

Trockene Verhältnisse: auch Schweißen möglich; Materialeinsparung!

Überlappung etwa. 10cm

Befestigung von MetallstangenTransport zur

Einbaustelle

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Positionieren mittels Schwimmen

Ablauf des Einbaus (Schwimmende Methode)

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Ablauf des Einbaus (Schwimmende Methode)

5 6

7

Positionieren

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Befestigung im oberen BereichEinbau 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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PraxisbeispielePraxisbeispieleKraftwerk Blanca, Slowenien

PraxisbeispieleHochwasserschutzdamm Mauthausen

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PraxisbeispieleDonauradweg Süd Aggsbach-St.Johann

PraxisbeispielePiatowsky Kanal, Polen

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PraxisbeispieleBostanj, Slowenien

PraxisbeispieleShuweihat Harbour, Dubai

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Geosysteme

•Geobag System

•Geotube® System

•Geocontainer® System

Geosysteme sind mit Sand gefüllte Elemente, aus speziell für diese

Anwendungen produzierten Geweben.

Geotube® and Geocontainer®, GeobagsAnwendungen

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Geobags Künstliche Inseln

Bemessung von Geotubes: Umfang und Höhe

Geotube®

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Geotube®

Schutz Cameron Island

Geotube®Küstenschutz “L’Amélie”, Frankreich

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Geotube®Kern für Wellenbrecher

Geotube®

Hafenerweiterung Le Havre / Yachthafen Médoc

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Geotube®

Kern für Wellenbrecher

Geotube®

Positionierung / Befüllung mit Tauchpumpen

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Geotube®Temporärer Damm in Marokko

Geotube®Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland

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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®Amwaj Islands Project, Bahrein 2001

Geotube®Amwaj Islands Project, Bahrein 2001

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Wellenhöhe

(Hs)

Brechende Welle über Geotube

Wellenhöhe

nach dem Wellenbrecher

H2<Hs

Geotube

Geotube®Wellenbrecher unter Wasser

Geotube®Wellenbrecher unter Wasser: Alassio, Italien, 2003

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Geocontainer®

Anwendungen:

•Kern für Dämme und Deiche

•Unterwasserberme

•Füllung von Erosionslöchern

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.

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Geocontainer®Absenkvorgang

Geocontainer®

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WasserbauSonderanwendungen: Hydrocomp, Hafen Ravenna

WasserbauSonderanwendungen: Hafen Rotterdam

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WasserbauSonderanwendungen: Uferschutz mit Faschinen

WasserbauSonderanwendungen: Ingenieurbiologische Maßnahmen

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Erosionsschutz

ErosionschutzArten von Erosion

1. Externe Erosion

(Oberflächenerosion)

2. Interne Erosion

(Wasserbau, Küstenschutz)

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Externe ErosionTypische Schadensbilder

Externe ErosionTypische Schadensbilder

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Externe ErosionTypische Schadensbilder

Boden

Oberflächenabflussparallel zur Böschungverursacht Eroison

Fließ-Effekt

Sekundäre Erosion

Boden

Tropfen-Effekt

(Aufprall eines Regentropfensauf den Boden)

Primäre Erosion

Externe ErosionDer Vorgang im Detail – ohne Erosionsschutz

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Boden

Erosionsschutzmatte

Boden

Wasserabfluss

Fließ-Effekt

Erosionsschutzmatte

keine primäre Erosion verhindert sekundäre Erosion

Tropfen-Effekt

(Aufprall eines Regentropfens auf den Boden)

Externe ErosionDer Vorgang im Detail – mit Erosionsschutz

Aufgaben eines Oberflächenerosionsschutzes

• Minimierung des dynamischenAufpralls von Tropfen

• Minimierung der Mobilität derBodenkörner

• Pflanzenwachstum zulassen undfördern

Produktanforderungen

• geschlossene Oberfläche

• 3-dimensionale Struktur

• offene (poröse) Oberfläche

Externe ErosionProduktanforderungen

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Externe ErosionProdukte

Externe ErosionEinbauanleitung: Envirofelt CO

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Externe ErosionEinbauanleitung: Polymat

PraxisbeispieleSanierung Autobahn A1/Wien-Linz/Austria

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PraxisbeispieleSanierung Autobahn A1/Wien-Linz/Austria

Abschnitt Enns:

September 2003

PraxisbeispieleSanierung Autobahn A1/Wien-Linz/Austria

Abschnitt Enns:

Mai 2004

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41

PraxisbeispieleAuffangbecken A1, Amstetten, Austria

PraxisbeispieleAutobahn Banja Luka, Bosnien

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42

PraxisbeispieleBöschungssicherung Geozellen Klagenfurt, Austria

PraxisbeispieleLake Chabarovice, Tschechien

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43

PraxisbeispieleBöschungssicherung Fotky, Tschechien

PraxisbeispieleEisenbahnerweiterung Hornchurch/London/UK

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44

PraxisbeispieleHochwasser-Retensionsbecken Lafnitz, Heiligenkreuz, Austria

Dränagesysteme

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Oberflächendränage

z.B. Sportplätze

Dränage-

gräbenBöschungsdränage

Anwendungsgebiete

Oberflächendränage

von Deponien

Dachdränage Kellerdränage

Anwendungsgebiete

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GabionenwändeSchwergewichts-

mauern

bewehrte Erdstütz-

konstruktionen

Anwendungsgebiete

Dränage SystemeFunktion

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Drainage Bemessung Einflussfaktoren

Regenmenge (Niederschlag)

Höhe des Grundwasserspiegels

Abstand zwischen den Sammlern

Vegetation, Verdunstung,...

Art der Oberfläche – Abfluss an der Oberfläche

Durchlässigkeit des Bodens (Kv-Wert)

Böschungsneigung (Gradient)

Sicherheitfaktor:Durchlässigkeit nach Koerner

Der Sicherheitsfaktor wird wie folgt definiert :

SF = q erf / q zul (1)

qzul ….. zulässiges Ableitvermögen (Durchfluss pro Breiteneinheit),

gewonnen aus dem abgeminderten Versuchswert; [m²/s]

qerf ….. erforderliches Ableitvermögen (Durchfluss pro Breiteneinheit),

[m²/s]

SF ….. Sicherheitsfaktor [-]

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Abminderungsfaktoren

Die Abminderung wird mittels 4 Abminderungsfaktoren

bestimmt. Einen Rückschluss auf die Abminderungsfaktoren

kann man auch mittels Ausgrabungen erhalten.

RFIN..... Reduktionsfaktor für die elastische Deformationen

RFKR.....Reduktionsfaktor für die Kriechdeformationen der

Dränagematte

RFCV.....Reduktionsfaktor für die chemische Verstopfung

RFBV.....Reduktionsfaktor für biologische Verstopfung

Zulässiges Ableitvermögen

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Dränage Bemessungsrichtlinien

DränageBemessung allgemein

Die erforderliche Transmissivität der Dränmatte errechnet sich zu:

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Drainage Bemessung Vertikaldrainage

Drainage Bemessung Horizontaldrainage

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BöschungsstabilitätDesignprinzip: Hangentwässerung

• Allgemein:

Q=q*L/i

i=sinarctan(1:n)

• Kritischer Parameter:

Regenspende: e.g. 155 l/s*ha

Annahme:

10% der Regenmenge muss dräniert werden

q=0,0016 l/sm²

EinbauAllgemeiner Einbauablauf

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EinbauAllgemeiner Einbauablauf

EinbauAllgemeiner Einbauablauf

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PraxisbeispieleKlassische Dränagegräben

PraxisbeispieleKlassische Dränagegräben

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PraxisbeispieleTunnel in offener Bauweise A9 - Österreich

PraxisbeispieleGran Via, Madrid, Spain

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55

PraxisbeispieleAutobahnbrücke Kodersdorf BAB A4 - Deutschland

Praxisbeispiele

Unterführung Magdeburg - Deutschland

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56

PraxisbeispieleMetro Porto, Portugal

PraxisbeispieleDränage hinter Spritzbetonwand - Deutschland

20.06.2011

57

PraxisbeispieleDränagegraben neben Straße - Deutschland

PraxisbeispieleBöschungsdränage neben Autobahn A2 - Österreich

20.06.2011

58

Pferderennbahn - Melbourne Golfplatz – Brisbane

PraxisbeispieleOberflächendränage von Sportplätzen - Australien

PraxisbeispieleOberflächendränage von Sportplätzen: Poze Lia Manoliu

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59

PraxisbeispieleOberflächenabdeckung Deponie Timelkam - Österreich

PraxisbeispieleSpezialanwendung: Vertikaldränagen

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Ende