Überströmungssicherung von Deichen und Böschungen - acqua alta

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tung wurde bei diesen Versuchen schrittweise von Q ≈ 0,42 m 3 /s auf Q ≈ 3,07 m 3 /s gesteigert, wobei die Belastungsdauer jeweils eine Stunde betrug (Clopper et al., 2006). Bild 6: Überströmungsversuch, Colorado 2006 Aufgrund der relativ geringen Überströmungsdauer und der bereits auftretenden Erosionserscheinungen ist zu vermuten, dass eine langanhaltende und/oder wiederkehrende Belastung zu verstärktem, unkontrollierten Materialaustrag führt. Aus diesem Grund ist die Entwicklung eines fließfähigen, selbstverdichtenden Dränmaterials vorgesehen, das in die Geozellen eingebracht werden kann und eine dauerhafte Erosionsbeständigkeit und ausreichende Durchlässigkeit aufweist. Infolge der Erosionsbeständigkeit und der hydraulischen Wirksamkeit des Füllmaterials könnten dann kostengünstig Materialaustrag und Unterspülungen vermieden werden. Bedingt durch den fließfähigen Einbau des Dränmaterials und einer Perforierung der Geozellenoberflächen ergibt sich zusätzlich eine wesentlich verbesserte Verbundwirkung zwischen den Geozellen und dem Dränmaterial, die zu einer erhöhten Kraftübertragung innerhalb des Gesamtsystems und somit einer verbesserten Stabilität führt. Als Beispiel für den fließfähigen Einbau sei hier auf das von dem Forschungsinstitut FITR entwickelte, modifizierte Tongemisch im Rahmen des EU- Projektes „Prodicon“ hingewiesen (siehe Büchner und Kremmer, 2009). Infolge der genannten Eigenschaften können gravierende Schädigungen des Deichkörpers und damit verbundene Instandhaltungsmaßnahmen verringert werden. Geozellen zur Tragfähigkeitserhöhung Die Durch-, Über- und Unterströmung von Deichen bewirkt ein Aufweichen des Deichkörpers und des Untergrundes im Böschungsfußbereich. Infolgedessen kann die vertikale Tragfähigkeit dieser Bereiche entscheidend verringert werden und eine Zugänglichkeit des Geländes ist nicht mehr gegeben. Neben der Verwendung der Geozellen als Erosionsschutz kann deshalb zusätzlich die tragfähigkeitserhöhende Wirkung der Geozellen genutzt werden, um auch bei aufgeweichten, destabilisierten Bodenverhältnissen die Zugänglichkeit der Deiche zu gewährleisten. Der wesentliche Tragmechanismus der Zellen besteht hierbei darin, dass das Füllmaterial innerhalb der Geozellen durch die Geozellenwände horizontal zusammengehalten und dadurch bei vertikaler Belastung an seiner seitlichen Ausdehnung gehindert wird, wodurch das Kraft-Verformungs-Verhalten des Bodens erheblich verbessert wird. Dash et al. (2001) und Emersleben und Meyer (2007, 2008) konnten in Modellversuchen durch den Einsatz von Geozellen eine Tragfähigkeitsverbesserung gegenüber einer nicht stabilisierten Sandschicht um den Faktor 2 bis 4 feststellen. Untersuchungen von Bathurst et al. (1988) ergaben, dass ein mit Geozellen stabilisierter Boden ähnliche Trag- 8
fähigkeiten aufweist, wie eine doppelt so mächtige Bodenschicht ohne Stabilisierungsmaßnahmen. Versuche von Mhasikar et al. (1996) zeigen, dass zum Erreichen eines ähnlichen Last- Verformungs-Verhaltens gegenüber einem mit Geozellen stabilisierten Boden eine 4-fache Schichtmächtigkeit ohne Geozellen notwendig ist. Im Gegensatz zu horizontalen Geogittereinlagen, deren Bewehrungsmechanismus im wesentlichen auf dem Interlock-Effekt, dem Erdwiderstand vor den Querstreben und der Reibung auf der Gitteroberfläche mobilisiert wird, handelt es sich bei den Geozellen um eine dreidimensionale Verbundstruktur, deren Tragmechanismus im Wesentlichen auf den Ringzugkräften innerhalb der Geozellenwände, der seitlichen Bettung durch die angrenzenden Zellen und der Reibung zwischen dem Füllmaterial und der Geozellenwand basiert (Emersleben, 2010). Der beschriebene Tragmechanismus ist nochmals grafisch in Bild 7 dargestellt. Bild 7: Tragmechanismus der Geozellen Bei vertikaler Belastung der Geozellen werden sowohl Ringzugkräfte innerhalb der Geozellenwände als auch eine seitliche Bettung in den angrenzenden Geozellen mobilisiert, welche dem eingeschlossenen Füllmaterial eine zusätzliche Festigkeit verleihen. Diese zusätzliche Festigkeit wurde von Rajagopal et al. (1999) in Triaxialversuchen mit einzelnen Geozellen untersucht. Die dabei ermittelten Ergebnisse zeigten, dass die Geozellen im Füllmaterial eine Art scheinbare Kohäsion mobilisieren. Durch die Mobilisierung der scheinbaren Kohäsion und das seitliche Zusammenhalten des Füllmaterial sowie der damit verbundenen Festigkeitserhöhung weist das Verbundsystem Geozelle-Boden im Vergleich zum nicht stabilisierten Boden eine größere Steifigkeit und ein verbessertes Last-Verformungsverhalten auf. Insbesondere die gegenüber einem nicht stabilisierten Boden erhöhte Steifigkeit des Verbundsystems Geozelle-Boden bewirkt, dass die Geozellen ähnlich einer steifen Platte wirken, die Vertikalspannungen über eine größere Fläche verteilen und die auftretenden Verformungen reduzieren (Meyer und Emersleben, 2006; Meyer und Emersleben, 2007). Die Geozellenwände unterbrechen zusätzlich die sich bei Erreichen der Grenzlast ausbildenden Scherflächen im Boden. Diese werden tiefer in den Boden verlagert, wodurch die Grundbruchlast des Bodens erheblich erhöht wird (Guido et al., 1989). Infolge der Tragfähigkeitserhöhung und durch die konstruktive Fortführung der Geozellen über die Böschungsschulter und/oder den Böschungsfuß hinaus kann die Tragfähigkeit dauerhaft erhöht werden, wodurch eine ständige Befahrbarkeit dieser Bereiche sichergestellt werden kann. Gegebenfalls kann somit eine permanente Nutzung der stabilisierten Bereiche als z.B. Deichverteidigungsweg auch im Hochwasserfall erreicht werden (siehe Bild 8). 9
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Seite 3 und 4: Wirksamkeit und Erosionsstabilität
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Seite 7: ozellen jedoch auch als Erosionssch
Seite 11 und 12: Die Wirksamkeit des neuartigen Übe

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