Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Geotextil, Geokunststoff, Tiefbau, Bewehren, Bemessung, Konstruktion, Grundlagen, Richtlinie, Modellierung, Gebrauchstauglichkeit, Versagen, Tragsicherheit, Fundationsschicht, Stützbauwerk, Steilböschungen, Damm
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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geotextile, geosynthetic, civil engineering, reinforcement, design, construction, basics, guidelines, modelling, serviceability, limit state, safe load, foundation layer, retaining structure, steep slope, embankment
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Zur Bemessung von geokunststoffbewehrten Konstruktionen und Verstärkungen existieren die verschiedensten Ansätze. Bei den Lösungskonzepten ist zu unterscheiden zwischen Anwendungen, in welchen Geokunststoffe im klassischen Sinn als Bewehrungselemente eingesetzt werden (bewehrte Stützkonstruktionen, Dämme mit statischer Belastung), und solchen mit einer Geokunststoff-Verstärkung von eher dünnen Schichten, welche meist unter dynamischer Belastung stehen (Fundationsschichten von Verkehrswegen).
Primär ist zu klären, wie weit zur Verbesserung der Verdichtungseigenschaften von Fundationsschichten auf weichem Untergrund und zur Tragfähigkeit mit Langzeitwirkung beitragen. Feld- und Laborversuche konzentrieren sich daher auf diesen Teilbereich. Typische geokunststoffbewehrte Konstruktionen werden mit Finiten Elementen modelliert. Die Labor- und Feldresultate werden zur Validierung der Berechnungsmethode und der Parameterwahl herangezogen. Die Auswertung verfolgt das Ziel, Grundlagen für eine zukünftige Norm "Bewehren mit Geokunststoffen“ zu schaffen, welche den Stand der Technik und neueste Ergebnisse fremder und eigener Forschung berücksichtigt.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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There are various approaches regarding the design of geosynthetic reinforced structures and reinforcement. Applications in which geosynthetics are classically used as reinforcing elements (reinforced retaining structures, embankments under static load) and elements with a geosynthetic reinforcement for rather thin layers, which are mostly subjected to dynamic loads (foundation layers of roads and railroads) must be differentiated between in developing design concepts.
Questions remain especially about improving the densifying properties of foundation layers on soft subgrade and about long-term bearing capacity. Field and laboratory tests therefore concentrate on this sector. Typical geosynthetic reinforced structures are modelled with finite elements. Laboratory and field test results are used to validate the calculation method and the selection of parameters. The assessment aims at the creation of the basis for a future standard for geosynthetic reinforcement, which will take the state of the art and the latest results of external and own research into account.
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Methoden
(Deutsch)
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Die Feldversuche dienen zur Ermittlung der Wirkung verschiedener Geokunststoffe auf die Verbesserung der Verdichtungseigenschaften von Fundationsschichten auf weichem Untergrund und der Tragfähigkeit mit Langzeitwirkung am Beispiel einer stark befahrenen Baupiste. Die Laborversuche sollen zeigen, welchen Einfluss eine dynamische Beanspruchung auf eine in eine Fundationsschicht eingebaute Bewehrung ausübt und wie die Wirkung messtechnisch erfasst werden kann.
Typische geokunststoffbewehrte Konstruktionen (Abbildungen 1, 2 und 3 in Anhang 2) werden mit Finiten Elementen modelliert, wobei die nötigen Parameter aus der Literatur entnommen werden. Basierend auf den ersten Berechnungsresultaten werden die Feldversuche für die Verstärkung der Fundationsschicht modelliert, und die Resultate der FE-Berechnungen mit den gemessenen Werten verglichen. Durch die Kombination von Versuchsresultaten und Berechnungsresultaten soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Wirkung eines unter der Strasse eingebauten Geokunststoffes rechnerisch zu erfassen und mögliche Einsparungen in der Fundationschicht durch Berechnungen nachzuweisen.
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Feldversuche: Verdichtungsversuche mit unterschiedlichen Geokunststoffen und Schüttmaterialien (Abb. 5 in Anhang 2), kombiniert mit einer stark mit LKW befahrenen Baupiste (Abb. 6 in Anhang 2). Die eingebauten Geokunststoffe werden zur Erfassung des Kraft-Dehnungsverhaltens instrumentiert.
Laborversuche: Dynamische Belastungsversuche zur Entwicklung und Validierung einer geeigneten Instrumentierung (Abb. 7 in Anhang 2). Standardversuche zur Ermittlung der Eigenschaften der Schüttmaterialien und Geokunststoffe.
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Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
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Stand der eigenen Forschung vor Projekt-Start:
Im Forschungsauftrag VSS1999/124 "Anforderungen an Geotextilien mit den Aufgaben Bewehren und Schützen" wurden Kriterien erarbeitet, welche Bewehrungsgeotextilien für die Erfüllung einer Langzeitaufgabe erfüllen müssen. Diese beziehen sich in erster Linie auf ihre mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Dehnung, Zeitstandverhalten) sowie die chemische und physikalische Beständigkeit unter Einbezug von Einbauschädigungen. Mit den Ergebnissen des beantragten Forschungsprojektes sollen Anforderungen an Bewehrungsgeotextilien formuliert werden können, welche im Bauwerk eine bestimmte Zugfestigkeit bei maximal zulässiger Deformation über die Lebensdauer eines Bauwerkes aufnehmen.
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Projektziele
(Deutsch)
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Geotextilbewehrte Konstruktionen bieten eine qualitativ hochstehende und wirtschaftliche Alternative zu massiven Bauwerken aus Beton, Steinblöcken etc. Es liegt dabei im Interesse der Planer, der Hersteller von Bewehrungsprodukten, der Anbieter von ganzen Systemen sowie letztlich der Auftraggeber, dass die Bemessung geotextilbewehrter Bauwerke nach einheitlichen Richtlinien und Sicherheitsstandards erfolgt. Ziel ist die Erarbeitung von Bemessungsgrundsätze und -richtlinien, nach denen die Nachweise der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit von geotextilbewehrten Konstruktionen zu führen sind. Dazu gehört die Festlegung des Bauprojekt-Ablaufes von der Erfassung der Randbedingungen über die eigentliche Bemessung, die konstruktive Ausbildung, die Wahl der Baustoffe mit den zugehörenden Anforderungen bis zur Qualitätssicherung. Die Forschungsergebnisse dienen als Basis für eine entsprechende Norm.
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Projektziele
(Englisch)
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Geosynthetic reinforced structures represent a high quality and economic alternative to concrete, stone block and other large scale constructions. It is in the interest of planners, manufacturers of reinforcing products, suppliers of entire systems and clients to have geosynthetic reinforced constructions designed following unitary guidelines and safety standards.
The aim is the elaboration of basics and guidelines for the design, according to which the evidence of safe load and practical performance of geosynthetic reinforced constructions should be given. That includes the definition of the process of a construction project, from the definition of the boundary conditions to the design, constructive implementation, selection of building materials with the corresponding requirements, up to quality assurance. A draft standard will be based on the results of the research.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Auswertung bestehender Normen/Richtlinien und des allgemeinen Standes der Technik aufgrund der systematischen Auswertung von Forschungsbeiträgen, Herstellerunterlagen etc. (Zeitbedarf ca. 6 Mte).
Untersuchungen im Bereich der Interaktion Boden - Bewehrung, insbesondere bei der Verstärkung von Fundationsschichten: Feldversuche (Verdichtungs- und Befahrungsversuche, Zeitbedarf ca. 9 Mte) und Laborversuche (dynamische Belastungsversuche, Zeitbedarf ca .6 Mte).
Numerische Modellierung der geokunststoffbewehrten: Konstruktionen (Zeitbedarf ca. 12 Mte).
Erarbeiten der Grundlagen zur Beantwortung der in Anhang 1 formulierten Fragen (Zeitbedarf ca. 6 Mte).
Erarbeiten der Grundlagen für eine Norm "Bewehren mit Geokunststoffen" (Zeitbedarf ca. 3 Mte).
Der detaillierte Projektplan (Balkendiagramm) ist den Abbildungen 8 und 9 in Anhang 1 zu entnehmen.
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Abstract
(Deutsch)
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.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die Auswertung erfolgt im Hinblick auf die Beantwortung der in Anhang 1, Abschnitt 4 formulierten Fragen und versucht diese mit dem Ziel zu beantworten, Grundlagen für eine zukünftige Norm "Bewehren mit Geokunststoffen“ zu schaffen, welche den Stand der Technik und neueste Ergebnisse fremder und eigener Forschung berücksichtigt. Ein direktes Fortsetzungsprojekt ist nicht geplant.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1239
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Literatur
(Deutsch)
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Nachfolgend eine kleine Auswahl von wesentlichen Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet (weitere Arbeiten können beispielsweise den verschiedenen Geotextil-Kongressbänden, z.B. EUROGEO 2000, Bologna, Oktober 2000, und KGEO 2001, München, März 2001, entnommen werden):
- VSS-Forschungsprojekt 2/92: Verhalten von mit Geotextilien verstärkten Böden unter zyklischen Belastungen (Bericht 362 vom März 1996).
- VSS-Forschungsprojekt 12/90 und 6/92: Geotextilien als Bewehrungselemente (Bericht 283 vom Juni 1993).
- VSS-Forschungsprojekt Nr. 16/99 (IDS/DIRR 3315.01) "Anforderungen an Geotextilien mit den Aufgaben Bewehren und Schützen", Abschluss Ende 2001.
- Forschung Strassenbau und Strassenverkehrstechnik (D): Untersuchungen zum Kraft-Dehnungsverhalten von Geotextilien unter Bodeneinbaubedingungen, TU München, Januar 1994 (Heft 678, 1994).
- TU München, 1997: Der Einfluss der Verbundwirkung zwischen Boden und Geotextil auf das Verformungsverhalten von bewehrten Steilböschungen (Schriftenreihe Heft 26, 1997).
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