Moderne Deichquerschnitte mit integrierten ... · 2 FS-KGEO 2007 15. Februar 2007 in München...

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FS-KGEO 200715. Februar 2007

in München

Deichquerschnitte mit integrierten Geokunststoffen -Versuche zur Überströmungssicherung

Geokunststoffe in DeichenGeokunststoffe in DeichenWirkung vonWirkung vonÜberströmsicherungenÜberströmsicherungenMöglichkeiten derMöglichkeiten derÜberströmsicherungÜberströmsicherungÜberströmbare DeicheÜberströmbare Deichemit Geokunststoffenmit GeokunststoffenEigene VersucheEigene VersucheResümeeResümee

10. Informations- und Vortragstagungüber

KUNSTSTOFFE IN DER GEOTECHNIK

FS-KGEO 2007

Moderne Deichquerschnitte mit integrierten Sicherungsmaßnahmen aus Geokunststoffen –

Ergebnisse aus Modellversuchen zur Überströmung

Dipl.-Ing. Ronald HaselsteinerDipl.-Ing. Katja Werth

Prof. Dr.-Ing. Georg HeertenUniv.-Prof. Dr.-Ing. Theodor Strobl

15. Februar 2007

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in München



Gliederung

1. Geokunststoffe im Deichbau

2. Wirkung von Überströmungssicherungen

3. Möglichkeiten zur Überströmungssicherung

4. Überströmbare Deiche mit Geokunststoffen

5. Versuche an der VAO

6. Resümee

3


in München



Geokunststoffe in Deichen

Geokunststoffe in DeichenGeokunststoffe in Deichen

4


in München



Anwendung von Geokunststoffen in Dämmen


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in München



Anwendung in Deichen


13

2,2

Altes Deichlager

KronenwegDeichbestand

> 3,0 m

Altdeich

13

1

DVW> 3,0 m

1

Weicher Untergrund

Neues Deichlager

Bewehren (z. B. Geogitter)

2 Filtern / Dränen (z. B. Vlies)

3 Vegetationshilfe / Schutz (z. B. Maschenware)

4 Trennen / Filtern bei Deckwerken (z. B. Vlies)

Deckschicht

Wegeaufbau Deichverteidigung &Katastrophenschutz

Bentonitmatte

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in München



Regelprofil für die Ertüchtigung der Donaudeiche nach HW 1988


aus:

Weiß, Herbert (1997): Projektierung von Dämmen und Deichen – Deiche und Dämme für Stauhaltungen. Lehrgangsunterlagen, Technische Akademie Esslingen, Weiterbildungszentrum, 1997 (unveröffentlicht)

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in München



Umwelteinflüsse auf Oberflächendichtung


1,00 m

• Frost (> 1,0 m)• Austrocknung• Vegetationsdecke(pF > 4.2 bis PWP)• Wurzeln• Wühltiere• Setzungen ...

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in München



Erosion der Dichtung


• Erosion in den Rissen• Risse, Verformung• Anstieg der Sickerlinie

Standsicherheit!

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in München



Erosion der Dichtung


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in München



Resultat – unwirksame, nicht einschätzbare Dichtungen


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in München



Anzutreffende Böden – Dichtung & Deichstützkörper


SteineKiesSandTon

Mas

sena

ntei

l < d

[Gew

.-%]

Schluff

200Korngröße [mm]

Fein-Grob-

0,063

Fein-100908070

0,002

50

3040

100

20

60

Mittel- Mittel- Grob-Fein-

63

Grob-Mittel-

2

AuelehmO-Dichtung

Deichstütz-stützkörper

0,08

D15 < 4*d85

4*d85 = 0,32

D15 > 4*d15

Bereich filterwirksamerKörnungen

0,05 4*d15 = 0,20

Bereich mit ausreichenderDurchlässigkeit

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in München



Mögliche Lösung - Geokunststoffe


Vlies

Filtern,Trennen, Schützen,

Einpacken

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in München



Geokunststoffe in DeichenGeokunststoffe in DeichenWirkung vonWirkung vonÜberströmsicherungenÜberströmsicherungen

Wirkung von Überströmungssicherungen

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in München



Drei wesentliche Gesichtspunkte

1) Verzögerung der Überflutung

2) Verminderung des Schadens

3) Wirtschaftliche „Nulllösung“ (Ersparnis Erdbau > Kosten Einbau von Geokunststoffen)


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in München



Beispiel

DorfL Bre

sche

= 50

m

Flus

slau

f

DeichbruchQBresche

(hBresche ≈ HD+0,30m)

ÜberströmungQÜberströmung

(hÜ = 0,30 m)

APolder = 1 km²


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in München



Verzögerung

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

0.10 1.00 10.00 100.00 1000.00

Überströmzeit tü [h]

Pol

derw

asse

rsta

nd h

W,P

olde

r [m

]

HD [m]

4

4

33

22

11

Δt1

APolder: 1 km²hÜ = 0,30 mLBresche = 50 m

Überströmung(hÜ = 0,30 m)

Deichbruch

Verzögerung


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in München



Verzögerung für unterschiedliche Deich-/Polderhöhen

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0hW,Polder [m]

Δt [h

]

1 m

HD [m

]

2 m

3 m

4 m

1 Tag

2 TageΔt [h] = 19.5·hW,Polder

hÜ = 0,30 mAPolder = 1 km²L = 50 m


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in München



Verminderung des Schadens bzw. Risikos

EinleitungEinleitungEinleitungEinleitungWirkung vonWirkung vonÜberströmsicherungenÜberströmsicherungen

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

10 100 1000

Überströmdauer tÜ [h]

ΔD/D

max

[-]

33% weniger Schadendurch Verzögerung

der Überflutung*

HD [m]

43

3 42

2

1

1HD

[m]

Schadensreduktion D(B0)Schadensreduktion D(B1)(mit Berücksichtung der Verzögerung)

APolder: 1 km²

hÜ = 0,30 mLBresche = 50 m

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4Wasserstand im Polder hW,Polder [m]

Sch

aden

pro

Obj

ekt [

10³ €

]

Polder,WhBD ⋅=

B0 = 23,50

B1 = 15,67

Schadensfunktion S0

aus MERZ (2001), S. 229

Schadensfunktion S1

angepasst aufgrund der Verzögerungswirkung

nach durchgeführter Sicherung

1 2

1

2

20

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in München



Möglichkeiten der Überströmungssicherung

Geokunststoffe in DeichenGeokunststoffe in DeichenWirkung vonWirkung vonÜberströmsicherungenÜberströmsicherungenMöglichkeiten derMöglichkeiten derÜberströmsicherungÜberströmsicherung

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in München



Übersicht


Mög

lichk

eite

nde

rÜ

bers

tröm

ungs

sich

erun

g

Massivbauwerke

Lockerbauweisen

Kohärente Deckwerke

Bodenverbesserung

Geokunststoffe

Schussrinne Kaskade

Steinsatz Steinwurf/-schüttung

Dränbeton/-asphalt

Rasen-gittersteine

Geogitter-matratzen

Steinkörbe/Gabionen

Kalk Zement Sonstige

Böschungsparallel(mit Verankerungen)

Horizontal/Lagenweise

Schlaufen Container/Schläuche

Biologische Bauweisen1

Vegetationsdecken/Grasnarbe2

(flache Böschungen)Lebend-/Totverbau

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in München



Skizzen (aus LFU BW 2004)


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in München



Überströmbare Deiche mit Geokunststoffen

Geokunststoffe in DeichenGeokunststoffe in DeichenWirkung vonWirkung vonÜberströmsicherungenÜberströmsicherungenMöglichkeiten derMöglichkeiten derÜberströmsicherungÜberströmsicherungÜberströmbare DeicheÜberströmbare Deichemit Geokunststoffenmit Geokunststoffen

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in München



A

aSch

Vlies

hÜ

Fuß-sicherung

Schlaufen

Oberboden mit Vegetation1

(erodiert)

Kolk

Rückverankerung(oberste Schlaufe)

Wegeaufbau

Kaskaden-abfluss

Schlaufen

hÜ: Überströmhöhe [m]aSch: Schlaufenabstand [m]

(vgl. z. B. LFU BW 2004, BIEBERSTEIN 2003)

ggf.UW-Sicherung

1 ggf. Wühltiersperrschicht(z. B. Grobkieslage)

Krone Böschung DeichfußRückverankerung


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in München



B Böschungsparallel

HW

Rückverankerung

Vlies

BöschungsparallelerEinbau


(erodiert)

Fuß-sicherung

Bodennägel

Wegeaufbau

Tosmulde

(vgl. z. B. BOSSHARD 1991)

hÜ

hÜ: Überströmhöhe [m]aBN: Abstand Bodennägel [m]

aBN

Untergrundeinbindung

ggf.UW-Sicherung



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in München



C Waagrecht (vgl. z. B. STALMANN 1980)

aB

Vlies

HW

hÜ

Fuß-sicherung

Bahnen

Oberboden mit Vegetation(erodiert)

Rückverankerung(oberste Schlaufe)

Wegeaufbau

Kaskaden-abfluss

hÜ: Überströmhöhe [m]aB: Bahnenabstand [m] Vlies, KDB, Kombigrid

Untergrundeinbindung

ggf.UW-SicherungGeokunststoffe in DeichenGeokunststoffe in Deichen

Wirkung vonWirkung vonÜberströmsicherungenÜberströmsicherungenMöglichkeiten derMöglichkeiten derÜberströmsicherungÜberströmsicherungÜberströmbare DeicheÜberströmbare Deichemit Geokunststoffenmit Geokunststoffen

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in München



D Schläuche/Container (vgl. z. B. BIEBERSTEIN 2003, PILARCZYK 1998)

Vlies

HW

hÜ


(erodiert)

Wegeaufbau

hÜ: Überströmhöhe [m]hSch: Schlauchhöhe [m]

Container/Schläuche

hSch

Fuß-sicherung

Kolk

ggf.UW-Sicherung

1 Auf Wühltiersperrschichtenkann aufgrund der großenÜberdeckung ggf. verzichtetwerden.


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in München



Vlies

HW

hÜ


(erodiert)

Wegeaufbau

hÜ: Überströmhöhe [m]hSch: Schlauchhöhe [m]

Untergrund-einbindung

Schläuche(längs verlegt1)

hSch

Fuß-sicherung

Tosmulde1 auch parallel zur Böschung

ggf.UW-Sicherung


D Schläuche/Container


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in München



Versuchean der

Versuchsanstalt Obernach(VAO)

Geokunststoffe in DeichenGeokunststoffe in DeichenWirkung vonWirkung vonÜberströmsicherungenÜberströmsicherungenMöglichkeiten derMöglichkeiten derÜberströmsicherungÜberströmsicherungÜberströmbare DeicheÜberströmbare Deichemit Geokunststoffenmit GeokunststoffenEigene VersucheEigene Versuche

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in München



Nr. q[l/s*m]

hÜ

[cm]bÜ

[cm]1:m[-]

nspez.

[1/m²]Kurzbewertung /

Ergebnisbeschreibung1 50 10 1.0 2.5 - Sofortiges Versagen

2 130 17 2.3 1.5 1.9 Instabile Konstruktion /deutliche Verformung

3 50 10 1.0 1.5 -4 80 15 1.0 1.5 -5 130 17 2.3 1.5 -6 80 15 1.0 2.5 -7 130 35 2.3 2.5 -8 50 10 1.0 2.5 3.59 300 35 1.0 2.5 2.6

10 300 35 1.0 2.5 1.311 130 17 2.3 2.5 2.612 300 35 1.0 2.5 2.613 300 35 1.0 2.5 1.314 130 17 2.3 2.5 2.6

15 130 17 2.3 1.5 - Abrutschen des Deichhinterwegs

16 -17 -

Nagelraster:q: spezifische Belastung [l/s*m] (0) 100% (Raster 0)

hÜ: Überströmhöhe [m] (1) 75% (Raster 1)bÜ: Überströmbreite [m] (2) 37.5% (Raster 1)m: Neigung der Böschung 1:m [-] (3) 55% (Raster 2)

nspez. spezifische Anzahl der Erdnägel pro m² [1/m²]

in Vorbereitung

Bezeichnung/Aufbau

Vlies parallel ohne Nägel

Vlies parallel mit Nägel (3)

Schlaufen verpacktSchlaufen verpacktSchlaufen verpackt

Lagen horizontalLagen horizontal

Gittervlies parallel mit Nägel (0)Gittervlies parallel mit Nägel (1)Gittervlies parallel mit Nägel (2)Gittervlies parallel mit Nägel (1)

FertigrasenFertigrasen + Maschenware

Erklärung:

Stabile Konstruktion /geringe Verformungen

Stabile Konstruktion /geringe Verformungen

Instabile Konstruktion /deutliche Verformung

Sandmatte parallel mit Nägel (1)Sandmatte parallel mit Nägel (2)Sandmatte parallel mit Nägel (1)

Aufbau mit Deichhinterweg

SCHAEF 1964, IDEL 1972, STALMANN 1980, GERODETTI 1981, BAUMGARTEN & THIES 1983, POWLEDGE ET AL. 1989, DORNACK 2000 & 2001, MAIER 2002, RATHGEB 2001, MARTINI 2002, BIEBERSTEIN 2003, BIEBERSTEIN ET AL. 2003 & 2004, KLIK ET AL. 2003, WESTRICH ET AL. 2002 & 2003 & 2004

Versuchsübersicht


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in München



0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 m0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 m

Sandkörper(0/4 mm)

Untergrund (0/4 mm)

Kies(8/32 mm)

12,8

Kies(8/32 mm)

RückverankerungBöschungsparallele Bahn

(Vlies, Sandmatte, Gittervlies)

12,5

Steckblech(gleichmäßige Anströmung)

Erdnägel(U-Profil)

Kies(8/32 mm)

Trennvlies(Sand – Kies)

Schlauch(umgeschlagenes, mit Klettband

verschlossenes Vlies)

Einbindung

Querschnitt mit Böschungsbahn und Erdnägeln


31


in München




Eigene Versuche –Versuchsaufbau (schmal)


32


in München




Eigene Versuche –Versuchsaufbau (breit)


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in München




Eigene Versuche –Belastung q = 130 l/s*m


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in München



Eigene Versuche – Querschnitt mit Schlaufen

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 m0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 m

Sandkörper(0/4 mm)

Untergrund (0/4 mm)

Kies(8/32 mm)

12,8

Kies(8/32 mm)

Rückverankerung Schlaufen(Vlies)

11,5

Kies(8/32 mm)

Trennvlies(Sand – Kies)

Schlauch(umgeschlagenes, mit Klettband

verschlossenes Vlies)

Einbindung0,25 m

0,45 m

0,40 maSch


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in München




Eigene Versuche –Versuchsaufbau (breit)


36


in München




Eigene Versuche –Belastung q = 130 l/s*m


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in München




Resümee

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in München




• Verzögerung / Reduktion des Schadens und des Risikos

• Möglichkeit der Reaktion bei Hochwasser bzw. des Aufbaus einer zweiten „Verteidigungslinie“ durch Verzögerung der Flutung

• Vor Anwendung in der Praxis: Bemessungshinweise, Stoßausbildung, Wühltierbefall, statische und hydrodynamische Belastungen

• Kostengünstig: ggf. ohne Mehrkosten Überströmungssicherung möglich, wenn die Geokunststoffe gleichzeitig als Bodenbewehrung wirken

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in München



Vielen Dank.


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