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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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12

Ablauf des Einbaus (Schwimmende Methode)

5 6

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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33

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

36

HaTe® - Sandmatte

Trennen und Filtern mit der HaTe® - Sandmatte

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37

HaTe® - Sandmatte

Deckwerksbau

Sohlsicherung

38

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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41

Stabilenka® / Comtrac®

Aufstandsflächenbewehrung

42

Wilmington Harbour, USA, 1990

Großformatige Panels zur Landgewinnung

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43

Stabilenka® / Comtrac®

Strandschutz (GWR)

Biscarosse, FRA, 2000

2000

2008

2008

44

Stabilenka® / Comtrac®

Hafenbeckenverfüllung

Rodewischhafen, Hamburg, 2004

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Fortrac 3D®

Bewehren und Schützen mit Fortrac 3D®

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Fortrac 3D®

Deichüberströmung

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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

50

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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57

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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30

59

SoilTain® - Säcke

Transport/Handling

60

SoilTain® - Säcke

Böschungssicherung

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61

SoilTain® - Säcke

Küstenschutz

62

SoilTain® - Säcke

Kolkschutz

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32

63

SoilTain® - Säcke

Rüstersieler Watt, 1963: 1 m³ Säcke aus Polyamid

64

SoilTain® - Säcke

Böschungssicherung Tagebaurestsee Scheibe,

Hoyerswerda, Sachsen, 2008: 1m³ Vliesstoffsäcke

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33

65

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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34

Bemessung von Geotubes: Umfang und Höhe

Geotube®

Geotube®

Schutz Cameron Island

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35

Geotube® Küstenschutz “L’Amélie”, Frankreich

Geotube® Kern für Wellenbrecher

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36

Geotube®

Hafenerweiterung Le Havre / Yachthafen Médoc

Geotube®

Kern für Wellenbrecher

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37

Geotube®

Positionierung / Befüllung mit Tauchpumpen

Geotube® Temporärer Damm in Marokko

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38

Geotube® Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland

Geotube® Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland

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39

Geotube® Naviduct: größtes Geotube Projekt in Europa, Holland

Geotube® Amwaj Islands Project, Bahrein 2001

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40

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

82

SoilTain® - Schläuche

Schützen, Verpacken und Stabilisieren mit SoilTain® - Schläuchen

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42

83

SoilTain® - Schläuche

Hydraulisch oder

hydraulisch/mechanisch

mit Sand verfüllte

„geotextile Schläuche“

84

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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87

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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45

89

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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46

91

SoilTain® - Schläuche

Draufsicht und

Querschnitt des

Randdammes

zur

Landgewinnung

92

SoilTain® - Schläuche

92

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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Geocontainer®

Wasserbau Sonderanwendungen: Hydrocomp, Hafen Ravenna

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Wasserbau Sonderanwendungen: Hafen Rotterdam

Wasserbau Sonderanwendungen: Uferschutz mit Faschinen

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101

HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe

Deckwerksbau

und Sohlsicherung

an Wasserstraßen

102

HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe

Erosionsschutz/

Kolkschutz mit

Sinkmatten

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103

Einbau von

Sinkmatten

HaTe® - Vliesstoffe/Gewebe

104

Incomat®

Sohlsicherung

Hafenbecken/

Schiffsanleger

Embedment protection and

associated passive wedge

Propeller Suction

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Wasserbau Sonderanwendungen: Ingenieurbiologische Maßnahmen

Ende