1. Einleitung
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Der Einsatz von Geotextilien
im Straßenbau entspricht dem heu-tigen Stand der Technik, wobei
die Einsatzmöglichkeiten weit gestreut sind. Geotextilien werden
sowohl bei einfachen Verkehrswegen (z.B. Güter- und Forstwegen) und
unbefestigten Straßen mit begrenzter Lebensdauer (z.B. Baustellenzufahrten
und Baustraßen) als auch bei hochwertigen Straßen mit gebundenem
Oberbau aus Asphalt oder Beton und im Unterbau von hochbelasteten Schienenwegen
eingesetzt.
Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Wirkungsweise des Geotextils
als Trenn- und Filterlage sowie als zugfeste und dehnfähige Bewehrung
im Verbundsystem aus Tragschichte, Geotextil und anstehendem Untergrund.
Für den Routineeinsatz im Straßenbau haben sich vernadelte
Vliesstoffe gegenüber Ge-weben und Maschenwaren weitgehend durchgesetzt.
Steht die Funktion einer Bewehrung im Vordergrund, werden auch Verbundstoffe
auf Vliesbasis und Geogitter eingesetzt, wobei letztere mit Vliesen kombiniert
werden müssen, um Trenn- und Filterfunktionen erfüllen zu können.
Im Folgenden wird von Vliesen ausgegangen.
Ob die Trenn- und Filterfunktion oder die Wirkung als Bewehrung im Vordergrund
steht, ist eine viel diskutierte Frage. Tatsache ist, daß Geotextile
die Vermischung von Tragschichtmaterial und anstehendem Untergrund verhindern.
Bei entsprechender Dimensionierung als Filter verhindern Geotextilien
das Einspülen von Feinteilen in das Tragschichtmaterial, entwässern
den Untergrund und beschleunigen somit bei feinkörnigen, wassergesättigten
Böden die Konsolidierung. Weiters verhindert der Einsatz eines Geotextils
eine punktuelle Überbelastung von gering tragfähigen (z.B. aufgeweichten)
Zonen im anstehenden Un-tergrund.
Durch eine geotextile Bewehrung kann die Steifigkeit eines Tragschichtsystems
erhöht bzw. die Mächtigkeit der Tagschichte reduziert werden,
wofür zahlreiche Versuchsergebnisse vorliegen. Unter anderem haben
Beyer und Nimmesgern (1994) Versuche sowie Vergleichsberechnungen mit
der Methode der Finiten Elemente durchgeführt.
Die maßgebende mechanische Beanspruchung eines im Straßenbau
eingesetzten Geotextils ergibt sich durch die Einzelkörner bzw. durch
steinige oder auch blockige Einzelkomponenten des Schüttmaterials.
Insbesondere bei unzureichender Qualität bzw. Verdichtung der Schüttung
oder geringer Tragfähigkeit des anstehenden Untergrundes werden geotextile
Trenn-, Filter- und Bewehrungsschichten auf Durchdrücken bzw. -stoßen
beansprucht.
Ergänzend zur Durchdrückbeanspruchung werden Geotextilien im
Rahmen der Erdarbeiten durch Schütten, Verdichten und Befahren dynamisch
belastet. Langfristig werden Geotextilien in Tragschichtsystemen auch
durch dynamische Verkehrslasten, welche beim Rollen, Anfahren, Beschleunigen
und Bremsen mobilisiert werden, beansprucht.
Laier und Bräu (1986) sowie Floss und Bräu (1988) haben das
(Durchdrück)Verhalten von Geotextilien sowie die Verformungen eines
Tragschichtsystems auf gering tragfähigem Untergrund zufolge dynamischer
Lasten im Groß- bzw. Baustellenversuch untersucht. Hierbei wurden
sowohl der günstige Einfluß von Geotextillagen als auch die
unterschiedlichen Produkteigenschaften aufgezeigt. Kisskalt und Kossendey
(1994) zeigen den Einfluß einer dynamischen Belastung auf die Filterwirksamkeit
eines im Straßenbau verwendeten Geotextils
Um die bautechnischen Anforderungen im Erdbau des Straßenbaus langfristig
erfüllen zu können, ist es erforderlich, daß ein Geotextil
die dynamischen und statischen Belastungen der Bauphase, insbesondere
die Durchdrückbeanspruchung unbeschadet übersteht. Als Beurteilungskriterium
für das Durchdrückverhalten von Geotextilien unter dynamischer
und statischer Belastung wurde an der Bautechnischen Versuchs- und Forschungsanstalt
Salzburg der dynamische und der statische Pyramidendurchdrückversuch
entwickelt, der in die Technischen Vertragsbedingungen der RVS 8S.01.2,
"Geotextilien im Unterbau" aufgenommen wurde.
Im Folgenden wird der Stand der Versuchstechnik diskutiert. Weiters werden
die von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen
sowie der RVS 8S.01.2 angegebenen Auswahlkriterien für Geotextile,
welche auch den Einfluß dynamischer Belastungen berücksichtigen,
erläutert. Der dynamische und der statische Pyramidendurchdrückversuch
werden detailliert beschrieben und repräsentative Versuchsergebnisse
aufgezeigt.
|
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| 2.
Stand der Versuchstechnik [] |
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|
Die Eigenschaften
eines Geotextils sind durch Laborprüfungen nachzuweisen; die hierbei
ermittelten Kennwerte sind die Basis für die Wahl einer entsprechenden
Geotextiltype. Da viele Prüfungen aus der Textilindustrie übernommen
wurden, sind viele im Labor ermittelten Geotextilkennwerte nur bedingt
für die Beurteilung von Geotextilien geeignet. Neben den Identifikationsprüfungen
(Flächengewicht und Dicke) haben sich vor allem die Streifenzugfestigkeit
und -dehnung, der Stempeldurchdrückversuch, die Grabzugprüfung,
die Weiterreißprüfung, der Berstversuch und der Kegelfallversuch
als Beurteilungskriterium für die mechanischen Eigenschaften sowie
die charakteristische Öffnungsweite, die Wasserdurchlässigkeit
in der Ebene und die Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene als Kriterium
für die hydraulischen Eigenschaften von im Straßenbau verwendeten
Geotextilien durchgesetzt.
|
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| 2.1
Das Durchdrückverhalten von Geotextilien [] |
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Für eine Beurteilung des Durchdrückwiderstandes von Geotexti-lien
werden derzeit im deutschsprachigen Raum vorwiegend der Stempeldurchdrückversuch
gemäß EN 12236 sowie der Kegelfallversuch gemäß
EN 918 herangezogen:
Der Stempeldurchdrückversuch verwendet den Prüfstempel des aus
dem Straßenbau bekannten CBR-Versuches. Die Simulation des Schüttkornes
erfolgt mit einem zylindrischen Stempel mit 50 mm Durchmesser und abgerundeten
Kanten, welcher mit gleichbleibender Geschwindigkeit durch das Geotextil
gedrückt wird. Prüfergebnis ist die maximal erreichbare Durchdrückkraft.
Der Kegelfallversuch sieht eine kegelförmige Spitze mit einem Öffnungswinkel
von 45° und einer Masse von 1000 g vor, der aus einer definierten
Höhe auf das Geotextil fällt. Prüfergebnis ist der hierbei
erzeugte Lochdurchmesser.
Der Stempeldurchdrückversuch erlaubt die Simulation stati-scher Lasten;
mit dem Kegelfallversuch kann die dynamische Beanspruchung beim Überschütten
nachgestellt werden. Aufgrund der zahlreich vorliegenden Versuchsergebnisse
bieten die beiden genannten Versuche ein gutes Beurteilungskriterium für
den Vergleich der Produkteigenschaften unterschiedlicher Geotextiltypen.
Aufgrund der nicht wirklichkeitsnahen Geometrie des Prüfstempels
bzw. der Prüfspitze sowie der fehlenden Möglichkeit zur Simulation
der dynamischen Beanspruchung durch Verdichtung oder durch Verkehrslasten
befriedigt der derzeitige Stand der Versuchstechnik aus bodenmechanischer
Sicht nicht.
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|
| 2.2
Wahl einer für Schüttmaterial repräsentativen Prüfspitze
[]
|
|
Für die Ermittlung charakteristischer Kennwerte hinsichtlich des Durchdrückverhaltens
von Geotextilien besteht der Bedarf nach einer Prüfspitze, welche die
geometrischen Eigenschaften der als Schüttmaterial verwendeten Gesteinskörnung
wiedergibt.
Als Schüttmaterial wird im österreichischen Straßenbau be-vorzugt
gebrochenes, rundkantiges oder kantiges Kiesmaterial verwendet, da natürlich
gewachsene Kiesmaterialien mit gerundeten Komponenten häufig nicht
mehr in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. In Österreich
wird die Kornzusammensetzung ungebundener unterer und oberer Tragschichten
in RVS 8S.05.11 geregelt. Für obere Tragschichten werden Kornbereiche
definiert; für untere Tragschichten werden als wesentliche Anforderung
Verdichtungskriterien angegeben. Ergänzende Forderungen hinsichtlich
der Korngrößenverteilung von unteren Tragschichten sind eine
Beschränkung des Kornanteils < 0,063 mm, ein Filterkriterium und
ein maximaler Korndurchmessers von 90 mm. Schüttmaterial für Bodenauswechslungen
wird auf Basis des Klassifizierungssystems der ÖNORM B 4400 (DIN 18196)
in RVS 8.24 beschrieben. Im Regelfall weisen die Schüttmaterialien
des Straßenbaus meist ein Größtkorn von ca. 60 mm auf;
kantiges Kiesmaterial wird aufgrund der günstigen Verdichtungseigenschaften
gegenüber rundkörnigen Materialien bevorzugt.
Für die Ermittlung der statischen und der dynamischen Pyramidendurchdrückkraft
gemäß RVS 8S. 01.2 wird daher die Prüfpyramide gemäß
ASTM D 5494-93 bzw. ÖNORM S 2076 verwendet. In Abbildung 2.2-1 ist
eine entsprechende Prüfpyramide gemeinsam mit dem Prüfstempel
des Stempeldurchdrückversuches und der Prüfspitze des Kegelfallversuches
verschiedenen Kieskomponenten unterschiedlicher Kornform gegenübergestellt.
Der Vergleich zeigt, daß die Geometrie der Prüfpyramide die rundkantige
und die kantige Kornform gut beschreibt. Gleichmäßig gerundete
Komponenten werden durch den CBR-Stempel gut simuliert. |
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| Abbildung
2.2-1: Prüfstempel, Prüfspitze und Prüfpyramide; Schüttmaterial
(gerundetes, rundkantiges und kantiges Einzelkorn) |
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Die Prüfpyramide
besteht aus einer vierseitigen Pyramide, welche auf einen Zylinder mit
25 mm Durchmesser aufgesetzt ist. Die einzelnen Pyramidenflächen
stehen zueinander in einem Winkel von 90°. Bei genauerer Betrachtung
zeigt sich, daß die in ASTM D 5494-93 und ÖNORM S 2076 angegebene
Geometrie der Prüfpyramide nicht reproduzierbar ist (siehe auch Abbildung
2.2-2) Die Übergangsflächen zwischen den mit 0,1 mm gerundeten
Kanten und der mit 0,5 mm abgerundeten Spitze kann nicht exakt beschrieben
werden und ist fertigungstechnisch nicht herstellbar. Weiters sind weder
der Werkstoff noch die Oberflächenrauhigkeit der Prüfpyramide
definiert. Dementsprechend werden in der täglichen Praxis unterschiedliche
Prüfspitzen verwendet. Es kommen Prüfpyramiden zum Einsatz,
deren Spitze aus einer eingepreßten Kugel oder einem abgerundeten
Stift besteht; die Oberflächenbehandlung ist oft mangelhaft, wodurch
eine erhöhte "Schneidewirkung" der Pyramidenkanten entsteht.
Es hat sich gezeigt, daß unterschiedliche Pyramidenausbildungen
zu streuenden Ergebnissen führen können. Beim dynamischen Pyramidendurchdrückversuch
wurde beobachtet, daß zufolge einer nicht sauberen Ausbildung der
Pyramidenspitze oder der Pyramidenkanten ("Sägezähne")
einzelne Fasern aus Vliesstoffen gezogen werden.
Um Unregelmäßigkeiten auszuschließen, wurde eine Prüfpyramide
definiert, die allgemein reproduzierbar ist und zukünftig für
Pyramidendurchdrückversuche verwendet werden soll. Die neue Prüfpyramide
wurde bereits in internationalen Normenauschüssen präsentiert
und kann hinsichtlich den Abmessungen, Toleranzen, Oberflächen und
dem Werkstoff wie folgt beschrieben werden:
- Radius Spitze = Radius Pyramidenkante 0,5 ± 0,02 mm
- Winkeligkeit der Pyramidenflächen 0,01 mm
- Nicht tolerierte Maße gemäß DIN 7168, T1 fein
- Rmax der nicht bemaßten Kanten 0,3 mm
- Oberfläche Ra max. 0,8 (VDI 18)
- Werkstoff Werkzeugstahl gehärtet (58 + 3 HRC) Cr-Anteil min. 11
%
Vergleichsversuche (siehe auch Abbildung 4.6-3) haben gezeigt, daß
die mit der neuen Prüfspitze insbesondere beim dynamischen Versuch
im Regelfall günstigere (höhere) Kraftwerte erzielt werden können.
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|
 |
Abbildung 2.2-2: Prüfpyramide
gemäß ASTM D 5494-93 bzw. ÖNORM S 2076
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3 AUSWAHLKRITERIEN
FÜR IM STRASSENBAU EINGESETZTE GEOTEXTILIEN []
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|
|
Meist werden im Straßenbau eingesetzte Geotextilien nach der flächenbezogenen
Masse sowie nach der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung ausgewählt.
Die für das Durchdrückverhalten maßgebenden Geotextilkennwerte
wie die Stempeldurchdrückfestigkeit und der Lochdurchmesser des Kegelfallversuches
spielen meist nur eine untergeordnete Rolle, da allgemein anerkannte Bemessungskriterien
fehlen. Im Allgemeinen müssen im Straßenbau eingesetzte Geotextilien
neben den mechanischen Kriterien auch hydraulischen Anforderungen genügen;
die Filterfunktion des Geotextils muß auf die Kornzusammensetzung
des anstehenden Untergrundes abgestimmt werden, um eine Verunreinigung
des Tragschichtmaterials durch eingespülte Feinteile zu verhindern.
Prinzipiell sind Tragschichtsysteme, welche unter dem Einsatz von Geotextilen
aufgebaut werden, sowohl hinsichtlich der erforderlichen Tragschichtmächtigkeit
als auch hinsichtlich des verwendeten Geotextils zu bemessen. Resl (1997)
gibt einen Überblick über die unterschiedlichen gängigen
Bemessungsmethoden. Im Folgenden werden diejenigen Auswahlkriterien beschrieben,
die auch den Einfluß dynamischer Lasten erfassen
|
|
| 3.1
Geotextilrobustheitsklassen gemäß Merkblatt der Forschungsgesellschaft
für Straßen- und Verkehrswesen [] |
|
Die erforderlichen Eigenschaften des Geotextils werden durch Geotextil-Robustheitsklassen
definiert, wobei die Festigkeitseigenschaften von Vliesstoffen durch die
Stempeldurchdrückkraft angegeben werden. Ergänzend wird für
jede Robustheitsklasse eine Mindestanforderung für das Flächengewicht
definiert (siehe Tabelle 3.1-1).
Tabelle 3.1-1: Geotextilrobustheitsklassen für Vliesstoffe
|
|
|
Geotextilrobustheitsklasse
(GRK)
|
Stempeldurchdrückkraft
(x*-s)
|
Masse
pro Flächeneinheit (x*)
|
|
1
|
 0,5
kN |
80
g/m²
|
|
2
|
1,0
kN
|
100
g/m²
|
|
3
|
1,5
kN
|
150
g/m²
|
|
4
|
2,5
kN
|
250
g/m²
|
|
5
|
3,5
kN
|
300
g/m²
|
|
Für
Vliesstoffe wird der Mittelwert der Stempeldurchdrückkraft
(x*) minus Standardabweichung (s) verwendet.
|
|
|
In Abhängigkeit vom verwendeten Schüttmaterial werden Anwendungsfälle
(AS) beschrieben, die gemeinsam mit den Beanspruchungsfällen (AB),
welche durch den Einfluß der dynamischen Belastung zufolge Einbau
und Baubetrieb definiert sind, ein Klassifikationssystem für die Geotextilrobustheitsklassen
darstellen (siehe Tabellen 3.1-2 bis 3.1-4).
|
|
Tabelle
3.1-2: Einteilung nach der Beanspruchung durch das Schüttmaterial
|
Anwendungsfall
|
Beschreibung |
|
AS1
|
Einsatz
eines Geotextils in Fällen, in denen die mechanische Beanspruchung
durch das Schüttmaterial und den Einbau ohne Einfluß auf
die Auswahl ist. |
|
AS2
|
Geotextil
zwischen feinkörnigen Böden und grob- oder gemischtkörnigen
Böden. |
|
AS3
|
Geotextil
zwischen feinkörnigen Böden und grob- oder gemischtkörnigen
Böden mit bis zu 40 % Steinen sowie scharfkantigem, gebrochenem
Material der Körnung wie AS2. |
|
AS4
|
Geotextil
zwischen feinkörnigen Böden und grob- oder gemischtkörnigen
Böden mit bis zu 40 % Steinen und Blöcken sowie scharfkantigem,
gebrochenem Material der Körnung wie AS3. |
|
AS5
|
Geotextil
zwischen feinkörnigen Böden und grob- oder gemischtkörnigen
Böden mit bis zu 40 % Steinen und aus scharfkantigem Gestein. |
|
|
Tabelle 3.1-3: Einfluß der Beanspruchung durch Einbau und Baubetrieb
|
Beanspruchungsfall
|
Beschreibung |
|
AB1
|
Einbau
und Überschütten von Hand und keine wesentliche Beanspruchung
des Geotextils durch die Verdichtung. |
|
AB2
|
Maschineller
Einbau und Verdichtung, keine wesentliche Walkbeanspruchung durch
den Bauverkehr. |
|
AB3
|
Maschineller
Einbau und Verdichtung sowie erhöhte Walkbeanspruchung durch
zugelassene Spurrinnentiefe von 5 bis 15 cm. |
|
AB4
|
Maschineller
Einbau und besondere Walkbeanspruchung durch zugelassene Spurrinnentiefe
von über 15 cm. |
|
|
Tabelle
3.1-4: Einfluß der Beanspruchung durch Einbau und Baubetrieb
|
Anwendungsfall
|
Beanspruchungsfall
|
|
AB1
|
AB2
|
AB3
|
AB4
|
|
AS1
|
GRK1
|
|
|
|
|
AS2
|
GRK2
|
GRK2
|
GRK2
|
GRK2
|
|
AS3
|
GRK3
|
GRK3
|
GRK3
|
GRK3
|
|
AS4
|
GRK4
|
GRK4
|
GRK4
|
(1)
|
|
AS5
|
GRK5
|
GRK5
|
(1)
|
(1)
|
|
(1)
Für diese Anwendungen sind entweder Baustellenversuche auszuführen
oder die Schüttlagendicke zu erhöhen.
|
|
|
| 3.2
Anforderungen für Trenn- und Verstärkungsgeotextilien gemäß
RVS 8S.01.2 [] |
|
Die Anforderungen an das Geotextil sind durch den Untergrund, das Schüttmaterial
sowie die Verkehrsbelastung definiert. In Abhängigkeit vom Größtkorn
(dmax  63 mm
oder dmax > 63 mm), der Kornform (Rundkorn oder Kantkorn), dem Verformungsmodul
Ev1 des Untergrundes (U1: Ev1 5
MN/m2, U2: Ev1 = 5 bis 15 MN/m2, U3: Ev1 > 15 MN/m2) und der Verkehrbelastung
gemäß RVS 3.63 (Lastfallklassen I bis IV) werden auf Basis einer
Tragschichtmächtigkeit von 40 cm Geotextilkennwerte definiert, wobei
dem dynamischen Pyramidendurchdrückversuch besondere Bedeutung zukommt
(siehe Tabelle3.2-1 und 3.2-2).
|
|
Tabelle
3.2-1: Mechanische Anforderungen an Geotextilien für Schüttmaterial
Rundkorn oder Schüttmaterial Kantkorn dmax 63
mm
| U |
LKL
gem.
RVS 3.63
|
Höchst-zugkraft
|
Höchst-zugkraft-dehnung
|
Stempel-durchdr.
-kraft
|
Lochdurch-meser/Kegelfall-versuch
|
Pyramiden-
durchdr.
-kraft (stat.)
|
Pyramiden-
durchdr.
-kraft (dyn.)
|
|
kN/m
|
%
|
N
|
mm
|
N
|
N
|
| U1 |
LKL
I-IV
|
23
|
>
55
|
3850
|
<
15
|
1000
|
660
|
|
LKL
V
|
21
|
>
55
|
3500
|
<
16
|
900
|
600
|
| U2 |
LKL
I-IV
|
18,5
|
>
55
|
3000
|
<
17
|
750
|
510
|
|
LKL
V
|
15,5
|
>
55
|
3700
|
<
21
|
660
|
450
|
| U3 |
LKL
I-IV
|
13,5
|
>
55
|
2300
|
<
23
|
560
|
390
|
|
LKL
V
|
11
|
>
55
|
1850
|
<
27
|
490
|
310
|
|
|
Tabelle 3.2-2: Mechanische Anforderungen an Geotextilien für Schüttmaterial
Kantkorn dmax > 63 mm
| U |
LKL
gem.
RVS 3.63
|
Höchst-zugkraft
|
Höchst-zugkraft-dehnung
|
Stempel-durchdr.
-kraft
|
Lochdurch-meser/Kegelfall-versuch
|
Pyramiden-
durchdr.
-kraft (stat.)
|
Pyramiden-
durchdr.
-kraft (dyn.)
|
|
kN/m
|
%
|
N
|
mm
|
N
|
N
|
| U1 |
LKL
I-IV
|
26
|
>
55
|
4200
|
<
14
|
1140
|
750
|
|
LKL
V
|
23
|
>
55
|
3850
|
<
15
|
1000
|
660
|
| U2 |
LKL
I-IV
|
21
|
>
55
|
3500
|
<
16
|
900
|
600
|
|
LKL
V
|
18,5
|
>
55
|
3000
|
<
17
|
750
|
510
|
| U3 |
LKL
I-IV
|
15,5
|
>
55
|
2700
|
<
21
|
660
|
450
|
|
LKL
V
|
13,5
|
>
55
|
2300
|
<
23
|
560
|
390
|
|
|
|
Ergänzend zu
den in Tabelle 3.2-1 und 3.2-2 geforderten mechanischen Kennwerten wird
die mechanische Filterstabilität durch Grenzwerte der charakteristischen
Öffnungsweite gemäß EN ISO 12956 definiert (0,06 mm O90,
w 0,2 mm).
Ergänzend wird die hydraulische Filterstabilität durch eine
Mindestanforderung hinsichtlich der Durchlässigkeit normal zur Ebene
gemäß EN ISO 11058 gewährleistet (kv 1,0
.10-3 m/s, bzw. Permittivität Psi1
s-1).
Für den Einsatz als Filter- oder Drainagegeotextil sind in RVS 8S.01.2
Mindestanforderungen hinsichtlich der mechanischen und hydraulischen Geotextilkennwerte
angegeben.
|
|
4 DER
PYRAMIDENDURCHDRÜCKVERSUCH GEMÄSS RVS 8S.01.2 []
4.1 Versuchseinrichtung |
|
Die Versuchseinrichtung erlaubt es, sowohl dynamische als auch statische
Lasten zu simulieren. Detailliert kann die Versuchseinrichtung wie folgt
beschrieben werden (siehe auch Abbildung 4.1-1):
Die Geotextilprobe wird über einen Prüftopf mit einem Innendurchmesser
von 150 mm sowie einer Höhe von 150 mm aufgelegt und in einem Spannring
gemäß EN ISO 12236 (Stempeldurchdrückversuch) fixiert. Die
Masse des Prüftopfes inklusive Spannring beträgt rund 12000 g.
Anschließend wird der Prüftopf zentrisch auf die Kraftmesseinrichtung
aufgestellt, welche aus drei, unter einem Winkel von jeweils 120° versetzten
Wägezellen der Marke HOTTINGER, Typ Z 6-4 (Nennlast 200 kg), besteht.
Die Krafttmesseinrichtung ist auf einer Vorschubeinrichtung montiert, welche
den Prüftopf mit konstanter Geschwindigkeit gegen die Prüfspitze
drückt. Der Vorschub für das Anheben des Prüftopfes gegen
die Prüfpyramide erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 10 ±
1 mm/min. Bei der beschriebenen Versuchseinrichtung wird eine Universalprüfmaschine
der Marke Zwick, Typ 1488 als Vorschubeinrichtung verwendet.
Mit der Prüfpyramide (siehe auch Punkt 2.2) wird jene Beanspruchung
simuliert, die während der Einbauphase infolge Beschütten, Verdichten
und Befahren auftritt.
|
|
|
|
Abbildung
4.1-1: Versuchseinrichtung Pyramidendurchdrückversuch |
|
| 4.2
Kraftmessung [] |
|
Die Kraftmeßeinrichtung dient zur Ermittlung der dynamischen und statischen
Kräfte, welche das Geotextil bzw. den Prüftopf belasten. Hierfür
muss die Kraftmeßeinrichtung in der Lage sein, während des Versuches
sowohl statische als auch dynamische Kräfte zu registrieren.
Das Meßprinzip kann wie folgt beschrieben werden: Beim dynamischen
Versuch werden je Schwingungsperiode 50 Kraft-Werte gemessen und daraus
die Maxima und Minima der jewei-ligen Periode ermittelt. In einem Meßvorgang
werden 10 Schwingungsperioden der Wägezellen betrachtet, die hierbei
gemessenen Maximal- und Minimalwerte arithmetisch gemittelt und der letzten
Wegmessung der Schwingungsperiode zugeordnet. Für ein bestimmtes Vorschubintervall
ergeben sich somit zwei Kraft-Werte, welche die Umhüllende des Kraft-Vorschubweg-Verlaufes
repräsentieren.
Die Kraftmessung des statischen Versuches erfolgt analog zum dynamischen
Versuch. Die Durchdrückkraft wird kontinuierlich aufgezeichnet und
das gemessene Kraftmaximum einem bestimmten Vorschubintervall zugeordnet.
|
|
| 4.3
Statischer Pyramidendurchdrückversuch [] |
|
Die Ermittlung der statischen Pyramidendurchdrückkraft erfolgt in Anlehnung
an den Stempeldurchdrückversuch gemäß EN ISO 12236. Anstelle
des Prüfstempels wird jedoch die oben beschriebene Prüfpyramide
verwendet und mit einer Vorschubgeschwindikgeit von 10 mm/min durch das
Geotextil gedrückt.
Die auf die Prüfpyramide wirkende Kraft wird in Abhängigkeit vom
Vorschubweg kontinuierlich aufgezeichnet. Als statische Pyramidendurchdrückkraft
Fstat wird die höchste erreichbare Eindruckkraft in Newton bezeichnet,
die beim Durchdrücken der Prüfpyramide durch die eingespannte
Geotextilprobe festgestellt wird.
|
|
| 4.4
Dynamischer Pyramidendurchdrückversuch [] |
|
Beim dynamischen Versuch wird die Prüfpyramide mittels eines Exzenters
oszillierend in Vorschubrichtung bewegt.
Die oszillierende Bewegung bzw. die Beanspruchungskriterien des dynamischen
Pyramidendurchdrückversuches setzen sich aus nachstehend angeführten
Parametern zusammen, welche schematisch in Abbildung 4.4-1 dargestellt sind.
- Vorschubgeschwindigkeit des Prüftopfes: 10 mm/min
- Hub der Prüfpyramide: ± 5 mm
- Frequenz (Hubanzahl je Sekunde) 15 Hz
bzw. Umdrehungen des Exzenterantriebes 900 U/min
für die Bewegung der Pyramide.
|
|
 |
|
Abbildung
4.4-1: Beanspruchungskriterien
Die dynamische Pyramidendurchdrückkraft Fdyn ist die maximale Eindrückkraft
in Newton, die beim Durchdrücken der Prüfpyramide während
der oszillierenden Bewegung auf die Probe ausgeübt wird.
|
|
| 4.5
Versuchsdurchführung [] |
|
Die einzelnen Geotextilproben werden spannungsfrei zwischen den Spannringen
eingebaut. Anschließend wird der Prüftopf mit der eingespannten
Probe zentrisch unter der Prüfpyramide fixiert und die Nullage eingestellt.
In der Nullage jeden Versuches liegt die Spitze der Prüfpyramide an
der Oberfläche der eingespannten Geotextilprobe möglichst spannungsfrei
auf. Für den dynamischen Pyramidendurchdrückversuch ist der Exzenter
auf die unterste Hublage einzustellen.
Der Versuch ist beendet, wenn ein signifikanter Abfall der Eindrückkraft
festgestellt wird oder wenn der Prüftopf 60 mm gegen die Prüfpyramide
gedrückt wurde.
Je Geotextiltype sind mindestens fünf statische und fünf dynamische
Einzelversuche durchzuführen. Der Kraft-Verschie-bungsverlauf ist für
jeden Einzelversuch aufzuzeichnen.
Die Pyramidendurchdrückversuche sind bei einer Temperatur von 23 ±
2 °C durchzuführen.
|
|
| 4.6
Auswertung und Dokumentation [] |
|
Die Auswertung erfolgt entsprechend den in Abbildung 4.6-1 dargestellten
Kennwerten.
Die statische bzw. die dynamische Pyramidendurchdrückkraft eines Einzelversuches
entspricht dem maximalen erreichten Wert der Durchdrückkraft oder jener
Kraft, die bei einem Vorschubweg von 60 mm gemessen wurde und wird in Newton
angegeben. Als Kennwert einer Geotextiltype sind die arithmetischen Mittelwerte
Fstat und Fdyn zu berechnen.
Produkte, welche ein Kraftmaximum bei einem Vorschubweg von weniger als
30 mm aufweisen, entsprechen nicht den Anforderungen für die Verwendung
als Trenn- und Verstärkungsgeotextil im Unterbau des Straßenbaus.
Im Prüfbericht sind die statische Pyramidendurchdrückkraft Fstat
und die dynamische Pyramidendurchdrückkraft Fdyn sowie die aus den
Ergebnissen der Einzelversuche berechnete Standardabweichung und der Variationskoeffizient
anzugeben. Gegebenenfalls entsprechen Fstat bzw. Fdyn der Kraft, welche
bei einem Vorschubweg von 60 mm aufgezeichnet wurde. Eine graphische Darstellung
der Versuchskurven ist dem Prüfbericht beizulegen.
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Abbildung
4.6-1: Kennwerte
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Typische
an einem Geotextil ermittelte dynamische und statische Versuchskurven sind
in Abbildung 4.6-2 dargestellt. Ergänzend sind in Abbildung 4.6-3 die
Prüfergebnisse der gesamten Geotextil-Produktreihe in Abhängigkeit
vom Flächengewicht aufgetragen. Es zeigt sich, daß die Kraftmaxima
mit zunehmendem Flächengewicht ansteigen. Die einzelnen Werte des statischen
und des dynamischen Versuches weichen nur geringfügig von der im Diagramm
eingetragenen Trendlinie (lineare Regression) ab.
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| Abbildung
4.6-2: Typische Versuchskurven des dynamischen und des statischen Pyramidendurchdrückversuches |
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Abbildung 4.6-3: Dynamische
und statische Pyramidendurchdrückkraft in Abhängigkeit vom Flächengewicht
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| 6 ZUSAMMENFASSUNG
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Geotextilien werden im Erdbau als Trenn- und Filterlage sowie als zugfeste
Bewehrung eingesetzt. Die größte Beanspruchung erfolgt im Regelfall
während des Einbaus, wobei insbesondere der Durchdrückwiderstand
gegenüber statischen und dynamischen Lasten von Bedeutung ist.
Mit dem vorgestellten Pyramidendurchdrückversuch besteht eine Versuchseinrichtung
welche es erlaubt, sowohl statischen als auch dynamische Belastungen zu
simulieren. In Kombination mit althergebrachten Geotextilprüfungen,
welche meist aus der Textilindustrie übernommen wurden, ergeben die
Prüfergebnisse ein Beurteilungskriterium für die technisch begründete
Auswahl eines geeigneten Geotextil-Typs. In den Technischen Vertragsbedingungen
der RVS 8S.01.2 sind in Abhängigkeit vom verwendeten Schüttmaterial
und der Steifigkeit des Untergrundes entsprechende Grenzwerte angeführt.
Eine detaillierter Betrachtung der Versuchsergebnisse zeigt, daß
die Abminderung des Arbeitsvermögens infolge dynamischer Belastung
abhängig von der Geotextil-Verformung bzw. Dehnung ist. Die Ergebnisse
des Pyramidendurchdrückversuches stellen somit eine geeignetes Bemessungskriterium
für alle Fragestellungen, bei denen dynamische Lasten von Bedeutung
sind, dar.
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LITERATUR [] |
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- RVS 8S.01.2: Technische
Vertragsbedingungen - Baustoffe - Geotextilien im Unterbau; Ausgabe
Oktober 1997. Bundesministerium für wirtschaftliche Angelegenheiten;
Forschungsgesellschaft für das Verkehrs- und Straßenwesen
- RVS 8.63: Straßenplanung
- Bautechnische Details - Oberbaubemessung; Ausgabe Juli 1997. Bundesministerium
für wirtschaftliche Angelegenheiten; Forschungsgesellschaft für
das Verkehrs- und Straßenwesen
- RVS 8S.05.11: Technische
Vertragsbedingungen - Oberbauarbeiten (ohne Deckenarbeiten) - Ungebundene
Tragschichten; Ausgabe Juli 1997. Bundesministerium für wirtschaftliche
Angelegenheiten; For-schungsgesellschaft für das Verkehrs- und
Straßenwesen
- RVS 8.24: Technische
Vertragsbedingungen für Straßenbauten - Erdarbeiten; Ausgabe
November 1979. Bundesministerium für wirtschaftliche Angelegenheiten;
Forschungsgesellschaft für das Verkehrs- und Straßenwesen
- ÖNORM EN ISO
12236: Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Stempeldurchdrückversuch.
(CBR-Versuch); Ausgabe Mai 1996
- ÖNORM EN 918:
Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Dynamischer Durchschlagversuch
(Kegelfallversuch); Ausgabe Februar 1996
- ÖNORM S 2076:
Deponien - Dichtungsbahnen aus Kunststoff - Verlegung; Ausgabe 1993
- ASTM D 5494-93:
Standard Test Method for the Determination of Pyramid Puncture Resistance
of Unprotected and Protected Geomembranes. Ausgabe Jänner 1994
- Forschungsgesellschaft
für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau:
Merkblatt für die Anwendung von Geotextilien und Geogittern im
Erdbau des Straßenbaus, Ausgabe 1994
- Beyer, H. und Nimmesgern,
M. (1994): Zur Wirkungsweise von Geotextilien und Geokunststoffen im
ungebundenen Straßenbau. Straße + Autobahn 7, S. 373-378
- Laier, H. und Bräu
G. (1986): Einsatz von Geotextilien im Verkehrswegebau bei intensiver
dynamischer Beanspruchung. 3rd intern. Confe-rence on Geotextiles, S.
99-104, Wien 1986
- Floss, R. und Bräu,
G. (1988): Geotextilien in Baufahrstraßen. 1. Kongreß Kunststoffe
in der Geotechnik,
K-GEO S. 55-68, Hamburg 1988
- Kisskalt, J. und
Kossendey, T. (1994): Untersuchungen zur Langzeitfilterwirksamkeit von
Geotextilien unter statischer und dynamischer Beanspruchung. Straße
+ Autobahn 4, S. 187-192
Resl, S. (1994): Geokunststoffe. Polyfelt Ges.m.b.H.
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Kontakt []
Dipl.-Ing.
Dr. Martin Moser
BauR
h.c. Dipl.-Ing. Dr. Helfried Breymann
Bautechnische Versuchs- und Forschungsanstalt Salzburg (bvfs)
Alpenstraße 157
A-5020 Salzburg
Tel.Nr.:
+43 (0)662 621758-0
Fax : +43 (0)662 621758-350
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