Anforderungen an die Witterungsbeständigkeit und Durchdrückfestigkeit von Geokunststoffen auf der Basis von neuen EN-Prüfmethoden

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: VSS2008/403

Schlüsselwörter (Deutsch)

Geokunststoff, Geotextil, Geovlies, Geogewebe, Trennen, Filtern, Anforderungen, Witterungsbeständigkeit

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Nach der Auswertung der Literaturrecherche (Stand der Technik) wird ein Labor-Prüfprogramm durchgeführt. Dabei sollen die marktüblichen Geotextiltypen berücksichtigt werden. Nach der Durchführung der Untersuchungen werden die Grundlagen für neue Anforderungen in der SN 670 241 bezüglich des Leistungsvermögens für die Eigenschaften "Witterungsbeständigkeit" und "Stempeldurchdrückkraft" erarbeitet.

Kurzbeschreibung (Englisch)

After carrying out a literature evaluation (prior art), a laboratory test program will be set up with reference to commercially available types of geotextiles. On completion of this research, the foundations for new requirements in SN 670 241 regarding performance for "resistance to weathering" and "resistance to static puncture" will be drawn up.

Projektbeschreibung (Deutsch)

Die Norm SN 670 241a beinhaltet Anforderungen an die Festigkeitseigenschaften und an hydraulische Eigenschaften von Geotextilien.

Das vorliegende Forschungsvorhaben behandelt einen Teil der Festigkeitseigenschaften, nämlich Witterungsbeständigkeit und Stempeldurchdrückkraft. Die Abklärung der hydraulischen Eigenschaften erfolgt im Forschungsvorhaben VSS 2008/402. Es handelt sich bei den Forschungsvorhaben um komplett unterschiedliche Prüfverfahren, die thematisch und bearbeitungstechnisch miteinander wenig zu tun haben, obwohl sie in der gleichen Norm behandelt werden. Die einzelnen Forschungsvorhaben werden durch die getrennte Durchführung überschaubar und können je durch eine Forschungsstelle geleitet werden, welche im betreffenden Gebiet ihre Stärken, ihre Erfahrungen und die vorhandenen Einrichtungen voll zur Geltung bringen kann. Die Forschungsvorhaben können dadurch rascher und effizienter abgewickelt werden als in einem einzelnen grossen Projekt.

Bei gleichzeitiger Durchführen des vorliegenden Forschungsvorhabens mit dem Forschungsvorhaben VSS 2008/402 werden zusätzlich Vorteile bei der Materialbeschaffung erreicht.

Ein Synthesebericht der Forschungsvorhaben bringt keinen zusätzlichen Nutzen, in separaten Berichten findet sich der Leser leichter zurecht.

Die Abklärungen zu den Anforderungen an die Schutzwirksamkeit (Schutz von Abdichtungen) von Geokunststoffen auf der Basis von neuen EN-Prüfmethoden sind ebenfalls ein komplett abgetrenntes Thema, welche sinnvollerweise in einem separaten Forschungsvorhaben erfolgen.

Eigenschaft "Witterungsbeständigkeit"

Die Norm SN 670 241a enthält Anforderungen an die Witterungsbeständigkeit, das Prüfverfahren ist in der SN 670 240 beschrieben, die Bestrahlungsdauer beträgt dabei 60 Stunden. Die Norm SN 670 240 wird mit der Einführung der SN 670 090 (gültig ab 1. Februar 2009) ersetzt werden, die Bewitterungsprüfung nach der SN 670 240 wird dabei ersatzlos gestrichen. Auf EN-Ebene wurde mit der Norm EN 12224 "Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Witterungsbeständigkeit" eine Bewitterungsprüfung mit einer Bestrahlungsdauer von etwa 350 Stunden eingeführt. Für diese Eigenschaft liegen in der Schweiz keine Erfahrungen vor. Zwischen den zwei verschiedenen Bewitterungsprüfungen (Witterungsbeständigkeit nach der SN 670 240 und Witterungsbeständigkeit nach der EN 12224) soll ein Zusammenhang bestimmt werden. Aufgrund des bestimmten Zusammenhangs können bei der Überarbeitung der SN 670 241a Anforderungen an die Witterungsbeständigkeit für die Funktionen Trennen und Filtern gestellt werden können.

Mit den gleichzeitig durchgeführten Bewitterung im Freien wird die Sicherheit der Erkenntnisse vertieft.

Eigenschaft "Stempeldurchdrückkraft"

In der SN 670 241 sind Anforderungen an den Durchschlagwiderstand nach EN ISO 13433 gestellt, nicht aber an die Stempeldurchdrückkraft nach EN ISO 12236. Praxiserfahrungen zeigen beim Leistungsvermögen für die Eigenschaft Durchschlagwiderstand nach EN ISO 13433 grosse Schwankungen und geringe Schwankungen beim Leistungsvermögen für die Eigenschaft Stempeldurchdrückkraft nach EN ISO 12236. Zwischen den beiden Eigenschaften (Durchschlagwiderstand und Stempeldurchdrückkraft) soll ein allfälliger Zusammenhang bestimmt werden. Aufgrund des allfälligen Zusammenhangs können bei der Überarbeitung der SN 670 241a Anforderungen an die mechanische Eigenschaft Stempeldurchdrückkraft für die Funktionen Trennen und Filtern gestellt werden können.

Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser (Deutsch)

Folgende Erkenntnisse werden von dieser Forschungsarbeit erwartet:

• Zusammenhang zwischen SN- und EN ISO-Norm betreffend Eigenschaft Witterungsbeständigkeit von Geotextilien
• Zusammenhang zwischen Eigenschaft Stempeldurchdrückkraft und Eigenschaft Durchschlagswiderstand von Geotextilien
• Zusammenhang zwischen Witterungsbeständigkeit im Laborversuch Witterungsbeständigkeit im Freiversuch
• Grundlagen für Anforderungen an die Eigenschaft Witterungsbeständigkeit bei der Überarbeitung der SN 670 241. Dabei werden Handelshemmnisse beseitigt.
• Grundlagen für Anforderungen an die Eigenschaft Stempeldurchdrückkraft bei der Überarbeitung der SN 670 241.
• Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen zu ersetzendem SN- und gültigem EN ISO-Prüfverfahren betreffend Eigenschaft Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene.
• Beseitigung bestehender Handelshemmnisse.
• Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene am Produkt alleine und im System mit Bodenmaterial.
• Aussagen zur Sicherheit und langfristigen Eignung von Geotextilien beim Einsatz mit der Funktion Trennen und Filtern betreffend Eigenschaft Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene.
• Grundlagen für die Festlegung von Anforderungen an die Eigenschaft Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene bei der Überarbeitung der SN 670 241. Mit richtigen Anforderungen wird die Nachhaltigkeit der Ausführung langfristig gewährleistet.

Die Nutzniesser sind die Bauherrschaften und damit die Allgemeinheit.

Methoden (Deutsch)

Für die Bearbeitung des Forschungsvorhabens sind die folgenden Schritte geplant:

• Start-up Sitzung, Auswertung der ergänzenden Literaturrecherche,
  Planung und Organisation des Programms für Prüfungen im Labor und im Freien
• Beschaffung Geotextilien (Prüfmuster)
• Durchführen des Prüfprogramms
• Auswerten der Prüfungen im Labor
• Berichterstellung, Anforderungsvorschläge
• Publikation und Projektabschluss, Teilentwurf Anforderungen

Eigenschaft "Witterungsbeständigkeit"

Die Eigenschaft "Witterungsbeständigkeit" von Geotextilien wird im Vergleich mit der gültigen Bewitter­ungs­prüfung nach EN 12224 und nach der ungültigen SN 670 240 durchgeführt. Diese zwei Prüfungen unterscheiden sich durch die Dauer der Bestrahlungszeit. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden die verschiedenen Prüfverfahren getestet und die Erkenntnisse als Grundlage für die Überarbeitung der SN 670 241 verwendet.

Zur Erreichung der Projektziele werden folgende Parameter und Prüfungen vorgeschlagen:

Zu untersuchende Geotextilien

Im Rahmen der Forschungsarbeit werden 11 Produkte einbezogen.
Es sind die folgenden Geotextilien:

• 5 Trennvliese (Geotextilien in Form von Geovliesstoff), 1 Trennvlies davon wird in 3 unterschiedlichen Grammaturen untersucht
• 2 Bändchengewebe (Geotextilien in Form von Geogewebe)
• 2 Filtergewebe (Geotextilien in Form von Geogewebe)

Bewitterungslagerungen:

Die Geotextilien werden wie folgt bewittert.

· Bewitterung nach SN 670 240:
Die Proben werden während 60 Stunden kontinuierlich bestrahlt und dabei wiederholt mit Wasser besprüht. Die Bestrahlung ist kombiniert mit einem Nass-Trocken-Zyklus von 1 Stunde Besprühen und 5 Stunden Trocknung bei einer Schwarzstandard-Temperatur von 50 °C.

· Bewitterung nach EN 12224:
Die Proben werden einer kontinuierlichen Bestrahlung von total 50 MJ/m² ausgesetzt, welche nach ca. 320–350 Betriebsstunden erreicht wird. Die Bestrahlung ist kombiniert mit einem Nass-Trocken-Zyklus von 1 Stunde Besprühen und 5 Stunden Trocknung bei einer Schwarzstandard-Temperatur von 50 °C.

· Freibewitterung:
3 Produkte werden bei der Berner Fachhochschule während einem Jahr (Sommer bis Sommer) auf dem Dach der Freibewitterung ausgesetzt.

Eigenschaftänderung:

Die Eigenschaftsveränderung der bewitterten Proben wird nach EN 12226 bestimmt.

Anzahl Varianten für die Bewitterung im Labor:

Ausgehend von 11 Produkten ( 9 Produkte plus 2 zusätzliche Grammaturen für ein Produkt) und 3 Parallelbewitterungen pro Produkt resultieren pro Bewitterungsverfahren 33 Bewitterungen. Dies ergibt bei 2 Bewitterungsverfahren total 66 Bewitterungen. Die totale Bewitterungsdauer für alle Proben beträgt bei 2 gleichzeitig durchführbaren Bewitterungen 280 Tage. Ausgehend von Wartungsarbeiten und Produktewechsel muss von etwa einem Gerätejahr ausgegangen werden.

Anzahl Varianten für die Bewitterung im Freien:

Es werden 3 Produkte im Freien während eines Jahres bewittert.

Eigenschaft " Stempeldurchdrückkraft "

Für die Eigenschaft "Stempeldurchdrückkraft nach EN ISO 12236" von Geotextilien wird die Korrelation zu der Eigenschaft "Durchschlagwiderstand nach EN ISO 13433" bestimmt. Diese Korrelation wird anhand von Produktedaten aus CE-Datenblättern der im SVG-Produktekatalog gelisteten Produkten bestimmt. Anhand der bestimmten Korrelation und den in der SN 670 241 enthaltenen Anforderungen an das Leistungsvermögen für die Eigenschaft "Durchschlagwiderstand nach EN ISO 13433" werden Empfehlungen für Anforderungen an das Leistungsvermögen für die Eigenschaft "Stempeldurchdrückkraft nach EN ISO 12236" ausgearbeitet.

Spezielle Geräte und Installationen (Deutsch)

Die Tecnotest AG verfügt über ein Bewitterungsgerät. Damit die Bewitterungen in einem halben Jahr durchgeführt werden können, muss mit zwei Bewitterungsgeräten gearbeitet werden können. Diese Beschaffung würde durch die Berner Fachhochschule erfolgen. Die Beschaffungskosten werden zu 1/3 dem Projekt belastet, 2/3 gehen zu Lasten der Berner Fachhochschule.

Allgemeiner Stand der Forschung (Deutsch)

Forschungsresultate, die den direkten Vergleich des in der Schweiz bisher angewandten Prüfverfahrens nach SN 670 240 mit dem Prüfverfahren nach SN EN 12224:2000 aufzeigen, liegen nicht vor.

Die Literatur enthält Forschungsresultate zur Witterungsbeständigkeit von verschiedenen Geokunststoffen in Labor- und Feldversuchen [11], [12], [13], [14], [15], [16]. Die entsprechenden Erkenntnisse finden sich in entsprechenden Empfehlungen über die maximale Freiliegedauer wieder, sie werden bei der Formulierung der Anforderungsempfehlungen beigezogen.

Projektziele (Deutsch)

Die im Jahre 1997 eingeführte Norm SN 670 241 "Geotextilien; Anforderungen an die Funktionen Trennen, Filtern und Drainieren" wurde im Jahre 2007 redaktionell teilüberarbeitet (SN 670 241a). Der fachliche Inhalt wurde dabei nicht überarbeitet. Aufgrund der neuen Prüfverfahren der Europäischen Normen muss in den nächsten Jahren die SN 670 241 zusätzlich fachlich revidiert werden. Mit der fachlichen Revision der SN 670 241 werden die derzeit bestehenden technischen Handelshemmnisse zum EWR beseitigt.

Die Forschungsarbeit liefert die notwendigen Erkenntnisse, die notwendigen Grundlagen sowie einen Teilentwurf für die Festlegung von Anforderungen an die Eigenschaften "Witterungsbeständigkeit" und "Stempeldurchdrückkraft" von Geokunststoffen bei der Überarbeitung der Norm SN 670 241. Die Erkenntnisse werden zusätzlich ebenfalls bei kommenden Überarbeitungen der Schweizer Normen SIA 271 (Abdichtungen von Hochbauten) und SIA 272 (Abdichtungen und Entwässerungen von Bauten unter Terrain und im Untertagbau) sowie der einschlägigen Normpositionskataloge benötigt.

Projektziele (Englisch)

Swiss standard SN 670 241 "Geotextiles; requirements for separation, filtration and drainage functions" introduced in 1997 was partially revised in 2007 (SN 670 241a). No changes were made to the technical content. Additional technical changes to SN 670 241a are now required in order to bring it into line with European standards.

"Resistance to weathering"

Standard SN 670 241a includes requirements for resistance to weathering. In the test method described in SN 670 240 the exposure time is 60 hours. Standard SN 670 240 is to be superseded with the introduction of SN 670 090 (effective from 1 February 2009). The weathering test in SN 670 240 will be deleted without replacement. At an EN level a weathering test with an exposure time of 430 hours was introduced with standard EN 12224 "Geotextiles and geotextiles-related products - Determination of the resistance to weathering". No research has been carried out into this property in Switzerland. A correlation needs to be established between the two different weathering tests (resistance to weathering as defined in SN 670 240 and resistance to weathering as defined in EN 12224). On the basis of this correlation, requirements for resistance to weathering will be able to be specified for the separation and filtration functions when SN 670 241a is revised.

"Resistance to static puncture"

SN 670 241 specifies requirements for resistance to penetration as defined in EN ISO 13433 but not for resistance to static puncture as defined in EN ISO 12236. Practical experience shows wide variations in performance for resistance to penetration as defined in EN ISO 13433 and slight variations in performance for resistance to static puncture as defined in EN ISO 12236. A correlation needs to be established between the two properties (resistance to penetration and resistance to static puncture). On the basis of this correlation, requirements for the mechanical property of resistance to static puncture will be able to be specified for the separation and filtration functions when SN 670 241a is revised.

Forschungsplan (Deutsch)

Die Dauer des Forschungsprojektes beträgt 2 Jahre

· Jahr 1 (2010):

- Start-up Sitzung

- Auswertung der ergänzenden Literaturrecherche, Stand der Technik

- Planung und Organisation der Untersuchungen im Labor und im Freien

- Beschaffung der Geotextilien (Prüfmuster)

- Beginn der Untersuchungen im Labor und im Freien

· Jahr 2 (2011):

- Abschliessen der Untersuchungen im Labor und im Freien

- Auswerten der Untersuchungen im Labor und im Freien

- Berichterstattung, Anforderungsvorschläge

- Projektabschluss mit Berichtveröffentlichung, Teilentwurf Anforderungen

Der Ablauf mit den Meilensteinen der entsprechenden Phasen ist in der folgenden Tabelle ersichtlich.

		Zeitbereich
Pos	Arbeit/Arbeitsphase	Jahr 1				Jahr 2
1	Start up-Sitzung, Auswertung der ergänzenden Literaturrecherche, Planung und Organisation der Untersuchungen im Labor
2	Beschaffung Geotextilien (Prüfmuster)
3	Durchführen der Untersuchungen im Labor und im Freien
4	Auswerten der Untersuchungen im Labor und im Freien
5	Suchen der Korrelation zwischen Stempeldurchdrückkraft und Durchschlagwiderstand
6	Berichterstattung, Anforderungsvorschläge
7	Projektabschluss, Teilentwurf Anforderungen
	Meilensteine		1		2		3		4

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben dienen bei der Überarbeitung der Norm SN 670 241 als Grundlage für die Festlegung von Anforderungen an Geotextilien, geotextilverwandte Geotextilien sowie Geoverbundstoffe bezüglich Witterungsbeständigkeit und Eigenschaft "Stempeldurch­drückkraft". Bei der Überarbeitung der Norm SN 670 241 werden Handelshemmnisse beseitigt.

Berichtsnummer (Deutsch)

1402

Literatur (Deutsch)

[1] SN 670 090 (2009), Geokunststoffe, Grundnorm

[2] SN 670 240 (1996): Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Begriffe und Produktebeschreibung

[3] SN 670 241a (2007): Geokunststoffe - Anforderungen für die Funktionen Trennen, Filtern, Drainieren

[4] EN ISO 13433 (2006): Geokunststoffe – Dynamischer Durchschlagversuch (Kegelfallversuch)

[5] EN ISO 12236 (2006): Geokunststoffe – Stempeldurchdrückversuch (CBR-Versuch)

[6] EN 12224 (2000): Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – Bestimmung der Witterungsbeständigkeit

[7] SN EN ISO 9862 (2005): Geokunststoffe – Probenahme und Vorbereitung der Messproben

[8] SN EN 12226 (2000): Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – allgemeine Prüfverfahren für die Bewertung nach Beständigkeitsprüfungen

[9] SN EN ISO 4892-1 (2001): Kunststoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten - Teil 1: Allgemeine Anleitung

[10] SN EN ISO 4892-3 (2000): Kunststoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten – Teil 3: UV-Leuchtstofflampenstrahlung

[11] Robert Koerner (1989): Durability and Ageing of Geosynthetics. Elsevier Applied Science

[12] Horroks (1992): The Durability of Geotextiles. Elsevier Science Ltd.

[13] J. Kuwano & J. Koseki (2008) Geosynthetics (8ICG), [Volume 1-4]

[14] Prof. Müller Rochholz (2007): Geokunststoffe im Erd- und Verkehrswegebau. Bücher Werner Verlag ISBN 978-3-8041-4343-2 2. Auflage vom Kap. 5.3, 5.4 und 8.5

[15] Rilem (1988): Durability of Geotextiles. Routledge; 1 edition

[16] Bauen mit Geokunststoffen (Geotextilhandbuch der Schweiz) (2005)