BAUINGENIEURWESENFachgebiet Bodenmechanik und GrundbauProf. Dr.-Ing. habil. Christos Vrettos

Abschätzung des Duktilitätsverhaltens von Tonbödenaus Biegezugversuchen

EinleitungIn mineralischen Abdichtungssystemen können ungleichmäßige Setzungen zu einerBiegebeanspruchung und zu Grenzverformungszuständen mit Plastifizierungen oderauch Rissen führen. Die Gebrauchstauglichkeit mineralischer Barrieren ist dannzwangsläufig gefährdet.

Um das Verformungsverhalten bindiger Böden beurteilen zu können, wurden fürbalkenförmige Probenkörper zweier verschiedener Tonböden Biegezugversuchedurchgeführt und Art der Belastung sowie Einfluss der Einbaudichte betrachtet.

Die experimentell gewonnenen Ergebnisse werden numerischen Berechnungs-ergebnissen für die Verformungen einer geplanten Zwischenabdichtunggegenübergestellt.

Tabelle 1: Bodenmechanische Parameterwerte der Tone

MaterialienBei Eignungsuntersuchungen für eine Deponieabdichtung wurden unterschiedliche,natürlich anstehende Tone untersucht. Maßgebliche bodenmechanische Parameterzweier ausgewählter Tone sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Parameter Ton1 (TA) Ton2 (TM)

d50 [mm] < 0,001 < 0,001wL [%] 54,8 45,1wP [%] 20,9 17,8IP [-] 33,9 27,3wPr [%] 21,3 16,3

Pr [Mg/m3] 1,62 1,80wA [%] 266,2 56,7kf [m/s] 1·10-10 7·10-11

LaborversucheDas Verformungsverhalten der Tone wurde an balkenförmigen Probenkörpern (Länge/Breite/Höhe = 78/10/10 cm) mit Einbaudichten zwischen 0,95·Pr und 1,03·Pr

untersucht.

Bild 2: Versuchsaufbau mit Tonprobe unter Einzellast

Die Tonprobe lagert auf zwei abgerundeten Schneidenauflagern, deren horizontalerAbstand 40 cm beträgt (Bild 2). Untersucht wurden eine bzw. zwei Einzellasten, sowieeine Flächenbelastung.

Bild 4: Durchbiegung uz in Balkenmitte für zwei Tone bei unterschiedlicher Belastungsart

VersuchsergebnisseDer Einfluss der unterschiedlichen Belastungsarten auf das Last-Verformungsverhaltenwird in Bild 4 deutlich. Die Proben wurden bei einem Verdichtungsgrad DPr=96%eingebaut und mit einer Belastungsgeschwindigkeit von etwa 6 mm/min bis Erreichendes Versagenszustandes beansprucht.

Bild 7: Querschnitt durch den bestehenden Deponiekörper und Erweiterung

Neben der Auflast infolge der geplanten Überschüttung wird die neueZwischenabdichtung durch Setzungsvorgänge und zeitlich abklingendeKonsolidierungs- und Verrottungssackungen des alten Deponiekörpers beansprucht.

Numerische UntersuchungenIn numerischen Untersuchungen (PLAXIS-2D) wurde das Verformungsverhalten einerZwischenabdichtung für eine geplante Deponieerweiterung untersucht. Bild 7 zeigteinen repräsentativen Querschnitt durch den untersuchten Deponiestandort mit dergeplanten Erweiterung (DKI-Deponie).

Die konzentrierte Lasteinleitung stellt eine ungünstige Belastungssituation dar; beieiner flächenhaften Lasteinleitung kann die Bodenprobe eine nennenswert höhereKraft aufnehmen und weist zudem ein deutlich duktileres Antwortverhalten auf (sieheauch Bilder 5 und 6).

Bild 6: Gebrochene Tonprobenach Versuchsende

Bild 5: Tonprobe unter Flächenbelastung bei Erreichen des Versagenszustandes

Bild 8: Ergebnisse der FE-BerechnungBild 3: Versuchsaufbau mit Tonprobe unter Flächenlast

Bild 1: Kornverteilungslinien

Als Ergebnis der Berechnungen ergeben sich neben Verformungen und Spannungenim Untersuchungsgebiet die horizontalen Dehnungen exx in der Zwischenabdichtung,die den Laborergebnissen gegenübergestellt und für die anschließendeDimensionierung und Auswahl geeigneter Abdichtungsmaterialien verwendet werdenkönnen.

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